[发明专利]一种能量回馈型双极性电流脉冲生成电路结构及方法

权利要求书

1.一种能量回馈型双极性电流脉冲生成电路结构，其特征在于:包括输入滤波电容Cin，第一晶闸管S1，第二晶闸管S2，锂电池Buck变换器，超级电容储能全桥模块，输出滤波电容Co及晶闸管换向电路；

输入直流母线正极连接第一晶闸管S1和第二晶闸管S2的阳极，输入直流母线的负极连接超级电容储能全桥模块的下端子；所述第一晶闸管S1的阴极连接锂电池Buck变换器中锂电池的阴极；输出电容Co的上端子与锂电池Buck变换器的第一滤波电感L1的右端子、晶闸管换向电路的上端子相连；输出电容Co的下端子与超级电容储能全桥模块阀组的下端子、晶闸管换向电路的下端子相连。

2.根据权利要求1所述的能量回馈型双极性电流脉冲生成电路结构，其特征在于:所述锂电池Buck变换器包括锂电池A、第一Buck开关管S、第一二极管D1及第一滤波电感L1；所述锂电池A的阳极与所述第一Buck开关管S的发射极相连，所述锂电池的阴极与所述第一二极管D1的阳极相连；所述第一Buck开关管S的集电极与所述第一二极管D1的阴极、所述第一滤波电感L1的左端子相连。

3.根据权利要求2所述的能量回馈型双极性电流脉冲生成电路结构，其特征在于:所述超级电容储能全桥模块阀组由n个全桥子模块串联构成，n为大于等于3的正整数。

4.根据权利要求3所述的能量回馈型双极性电流脉冲生成电路结构，其特征在于:所述全桥子模块包括第一开关管SN1、第二开关管SN2、第三开关管SN3、第四开关管SN4及子模块电容C_N；所述第一开关管SN1的发射极与第二开关管SN2集电极连接构成第一桥臂，第三开关管SN3的发射极与第四开关管SN4的集电极连接构成的第二桥臂，子模块电容C_N并联在第一桥臂和第二桥臂两端；第一桥臂和第二桥臂中点作为全桥子模块的输出端口。

5.根据权利要求4所述的能量回馈型双极性电流脉冲生成电路结构，其特征在于，所述晶闸管换向电路包括第三晶闸管S3，第四晶闸管S4，第五晶闸管S5和第六晶闸管S6；其中，第三晶闸管S3的阳极与第四晶闸管S4的阳极相连；第三晶闸管S3的阴极与阻感负载的上端子、第五晶闸管S5的阳极相连；第六晶闸管S6的阳极与阻感负载的下端子、第四晶闸管的阴极相连；第六晶闸管的阴极与第五晶闸管的阴极相连。

6.根据权利要求5所述的能量回馈型双极性电流脉冲生成电路结构的电流脉冲生成方法，其特征在于，包括控制生成脉冲高度、宽度，脉冲上升、下降时间可调的正向电流脉冲方法及控制生成脉冲高度、宽度，脉冲上升、下降时间可调的反向电流脉冲方法。

7.根据权利要求6所述的能量回馈型双极性电流脉冲生成电路结构的电流脉冲生成方法，其特征在于，所述控制生成脉冲高度、宽度，脉冲上升、下降时间可调的正向电流脉冲方法，包括如下步骤：

步骤1，打开第三晶闸管S3和第六晶闸管S6；锂电池Buck变换器和超级电容储能全桥模块阀组均投入运行，并根据一个周期内能量平衡的准则选取超级电容储能全桥PWM驱动信号的调制比；通过控制锂电池Buck变换器的输出电压来控制负载电流平稳上升；待电流即将到达平台阶段时，逐渐切除超级电容储能全桥模块阀组；

步骤2，超级电容储能全桥模块阀组完全切出，仅锂电池Buck变换器投入运行，电流到达平台阶段；通过控制锂电池Buck变换器的输出电压来维持负载电流恒定；

步骤3，关断锂电池Buck变换器的第一Buck开关管S，将锂电池Buck变换器切出，并反向投入超级电容储能全桥，负载线圈能量在此阶段回收至超级电容储能全桥模块；当负载电流降为零后，打开所有超级电容储能全桥模块阀组中的第四开关管SN4，利用锂电池Buck变换器中的第一滤波电感L1与输出电容Co谐振，至第一滤波电感L1的电流为0，输出电容Co电压方向由下正上负谐振至上正下负方向，并达到最大值，随后进入脉冲电流间隔期；

交替执行步骤1-3，可以控制电路结构生成脉冲高度、宽度，脉冲上升、下降时间可调的正向电流脉冲。