[发明专利]一种多支路延时放电高压电源及放电方法

权利要求书

1.一种多支路延时放电高压电源，其特征在于多支路延时放电高压电源由放电系统和控制系统组成；

放电系统由N个放电支路即第1放电支路，…，第n放电支路，…，第N放电支路并联而成，N为正整数，1≤n≤N；N个放电支路的组成、结构、参数均相同；N个放电支路的输入端均接220V的交流电，每个放电支路均通过爆炸桥丝向外界输出能量；

控制系统由显示屏和主板组成，主板上安装有充电模块、放电模块，短路模块和显示模块；

第n放电支路由高压模块，充电开关，充电保护电阻，晶闸管，爆炸桥丝，电压表，电容器，短路开关，短路保护电阻组成；

高压模块与220V的交流电相连，将220V的交流电转化为输出电压为U₁的直流电；高压模块具有一个输入端，一个输出端正极和一个输出端负极；高压模块输入端接220V的交流电，输出端正极连接到充电开关的一端，输出端负极接地；高压模块将交流电转化为给电容器充电的直流电；

充电开关为电磁开关，接在充电保护电阻和高压模块输出正极之间，充电开关的控制端与控制系统的充电模块相连；当充电开关的控制端收到充电模块输出的恒流电信号时，充电开关闭合，否则，充电开关处于断开状态；充电开关与电压表配合控制电容器的充电过程，使电容器两端达到用户预先设置的电压值；

充电保护电阻一端与充电开关相连，另一端与电容器的阳极和晶闸管阳极A相连；充电保护电阻的电阻值为R₁，充电保护电阻在电容器充电的过程中，保护电路，使电容器两端的电压缓慢升高；

晶闸管有三个电极，分别是阳极A，阴极G和门极K，阳极A与电容器的阳极相连，阴极G与爆炸桥丝相连，门极K与控制系统的放电模块相连；晶闸管为单向晶闸管，晶闸管的额定通态平均电流为I₁，I₁U₁/R₃，R₃为爆炸桥丝的电阻值；晶闸管的阻断峰值电压等于U₃，U₃U₁；晶闸管导通时间为t；当电容器充电完毕后，晶闸管的阳极A处于高电平，阴极G处于低电平，当门极K接收到放电模块输出的高电平信号后，晶闸管阳极A与阴极G导通，电流迅速通过爆炸桥丝，并向外界迅速释放能量；若爆炸桥丝断裂，晶闸管阳极A和阴极G将自动断开；

电容器的阳极与充电保护电阻、晶闸管阳极A、短路开关、电压表相连，电容器的阴极接地；电容器的额定电压为U₂，U₂≥U₁，电容量为C；电容器存储能量的最大值E_max由电容量C和高压模块的输出电压U₁决定；电容器存储电能，在晶闸管导通的时候通过爆炸桥丝使电能迅速释放，在水中形成气泡；

爆炸桥丝为Ni₂₀Cr₆₀电热丝或其他金属丝；爆炸桥丝一端通过导线与晶闸管的阴极G相连接，另一端通过导线接地；当晶闸管门极K接收到放电模块输出的电信号后，晶闸管阳极A和阴极G导通，电容器的阴极和阳极导通，高压电流迅速通过爆炸桥丝，使爆炸桥丝发生相变并断裂，释放大量能量，使周围的水汽化并在水中形成气泡；

短路开关为电磁开关，接在电容器的阳极与短路保护电阻之间，短路开关的控制端与控制系统的短路模块相连；当收到短路模块输出的恒流电信号后，短路开关闭合，否则，处于断开状态；短路开关的作用是，当多通道延时放电高压电源使用完毕后，如果电容器两端仍有电压，则闭合短路开关，使电容器两端的电压通过短路保护电阻缓慢降低为零；

短路保护电阻一端与短路开关相连，另一端接地；短路保护电阻电阻值为R₂；当短路开关闭合时，短路保护电阻使电容器两端的电压缓慢降低为零，保护电路元件；

电压表为数字电压表，电压表的最大量程为U₄，U₄U₁；电压表一端接在电容器阳极，一端接在电容器阴极，输出端与控制系统的充电模块和显示模块相连；电压表测量电容器两端的电压值，将电容器两端的电压值输出到主板的充电模块和显示模块上，与充电开关配合来控制电容器两端的充电电压；

控制系统的显示屏为触控液晶屏，与主板的充电模块、放电模块、短路模块和显示模块相连；显示屏的功能是显示三个界面，分别是显示界面、设置界面和控制界面；其中显示界面实时显示N条放电支路中电压表输出的电压值；设置界面中包含N条放电支路的充电电压设置按钮和延时时间设置按钮，这些由用户根据实际需求输入；控制界面包含N条放电支路的充电按钮、停止按钮、短路按钮和断开按钮，以及总的引爆按钮；显示屏用来接收用户输入的信息并传递给主板，并向用户实时显示电容器两端的电压；

主板为单片机，与显示屏、电压表、晶闸管、充电开关、短路开关相连；主板上装有控制程序，控制程序由充电模块、放电模块、短路模块和显示模块组成；

充电模块与显示屏、N条放电支路的电压表、充电开关相连；充电模块实时接收N条放电支路的电压表输出的电压值以及用户在显示屏上的设置界面中N’条放电支路输入的充电电压值，这N’条放电支路的充电电压值为U₁内的任意值，1≤N’≤N；充电模块并行地向N’条支路的充电开关输出恒流电信号；充电模块向N’条支路的充电开关输出恒流电信号的过程完全相同；向第n’条支路输出恒流电信号的过程是：若充电模块检测到显示屏上控制界面中第n’条支路的充电按钮被触发的信号，且第n’条支路的电压表输出的电压值小于用户输入的第n’条支路的充电电压值，则充电模块向第n’条支路输出恒流电信号；充电模块若检测到第n’条放电支路的电压表输出的电压值大于或等于用户输入的第n’条支路的充电电压值，则充电模块停止向第n’条支路输出恒流电信号；充电模块若检测到显示屏上控制界面的第n’条放电支路的停止按钮被触发的信号，则充电模块停止向第n’条支路输出恒流电信号；1≤n’≤N’；

放电模块与显示屏，N条放电支路的晶闸管的门极K相连；放电模块从显示屏的设置界面获N’条放电支路的延时放电时间，若检测到显示屏上控制界面中的总引爆按钮被触发的信号，按N条支路的延时时间依次向N条支路的晶闸管的门极K输出高电平信号；

短路模块与显示屏，N条放电支路的短路开关相连；短路模块并行控制N条放电支路的短路开关的开和关；若短路模块接收到显示屏上控制界面的第n条支路的短路按钮被触发的信号，短路模块向第n条支路的短路开关输出恒流电信号使短路开关闭合；若短路模块接收到显示屏上控制界面的第n条支路的断开按钮被触发的信号，则停止向第n条支路的短路开关输出恒流电信号使短路开关断开；

显示模块与显示屏和各条支路的电压表相连；显示模块接收电压表输出的电压值，并传输到显示屏上的显示界面。