[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

说明书

本发明公开了一种能量回馈型双极性电流脉冲生成电路结构，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阀组，输出滤波电容Co及晶闸管换向电路；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；第一晶闸管S1的阴极连接锂电池的阴极；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；还公开对应生成方法；可有效降低器件电压应力并实现较高的输出电压，提高能量利用效率。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种能量回馈型双极性电流脉冲生成电路结构。

背景技术

感性负载双极性电流脉冲生成装置，是强磁场发生器、工业无损检测仪等磁场发生设备的核心部件。在实际应用中，需要通过调节双极性电流脉冲的频率、幅值控制磁场发生线圈生成的磁场频率和磁场强度。

大感性负载时间常数大，为了获得更高频率和磁场强度的磁场，需要进一步提高感性负载两端的电压，增大脉冲电流上升过程中的电流变化率，使感性负载电流尽快达到稳态，产生所需磁场。因此对双极性电流脉冲生成电路的调压范围有较宽的要求。同时，脉冲电流下降过程中，有大量的能量需要利用相应电路进行吸收。

现有双极性脉冲电流生成拓扑受限于单个开关器件耐压，难以生成较高上升率、较高幅值的双极性脉冲电流。同时，由于缺少脉冲电流下降过程中的能量回收，电路的能量利用率较低。因此，如何在不增加器件耐压的条件下，得到所需宽度/高度、上升/下降时间的电流脉冲，同时在不增加额外泄能装置的情况下，实现能量的高效回收，是目前亟需解决的一系列问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种能量回馈型双极性电流脉冲生成电路及其控制方法，解决了大电感负载情况下，难以得到较高上升率、较高幅值的双极性脉冲电流，同时实现能量的高效回收问题。

针对上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种能量回馈型双极性电流脉冲生成电路结构，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。