脉冲电源的设计.doc

模块化电容器脉冲电源的设计(图) 一、??????????? 原理： 脉冲电源在军事、工业、民用中有着广阔的应用前景。以电容器为储能单元的大、中*****率脉冲能源系统将是今后发展的产要方向。现将简明叙述： 整个电路基本上由电源滤波单元、异型升压单元、储能电容器组单元、调节控制单元、触发单元、放电单元、负载单元等七个部分组成，见结构框图1 词组：IC电压调节、异型升压电路、真空开关等。 1、电源滤波单元部分： XX型脉冲电源进电是直接取至交流电压220V，为能提高抗电磁干扰能力必须经滤波和浪涌吸收电路，脉冲电源在放电瞬间产生很强的电场，有一组小*****率的脉冲电源的测试数据：放电电压U=550V、放电持续时间t=200uS、电流I=600A。加入滤波及浪涌电路其一是滤除电*****中的一些不规则的杂波以提高设备的可靠性，二是将设备自身所产生的电磁干扰降低到最低程度。 如果使用场合不具备220V交流电，也采用从电瓶取电的方式，见结构框图2： 2、异型升压电路、储能电容器组单元，见图3： ? （1）、由从电容器组1、主电容器组1、主电容器组2以及JN-X模块组成整流升压电路是该设备储能的主要单元，电容CA1、JN-X构成升压通道向主电容器组1或电容器组2进行充电，当储能单元向负载放电时，电容器组与负载可等效于短路，此时电源通过JN-X、从电容器组与电源形成通路，所以在同一时刻有两种正常的状态，所以对电*****来说是安全的。 （2）、计算充电时间： 主电容器组的充电时间计算，由电容充电公式可知： Vt=V0+（V1-V0）* [1-exp(-t/RC)] V0 为电容上的初始电压值；V1 为电容最终可充到或放到的电压值；Vt 为t时刻电容上的电压值。则充电时间为： t = RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)] 我们知道电容器实际放电后其两端会有残余电压的，可设初值为1/3Vcc的电容C通过R充电，电源值为Vcc， V0=Vcc/3，V1=Vcc, Vt=2*Vcc/3 简化后： t=RC*Ln[(1-1/3)/(1-2/3)]=RC*Ln2=0.693RC 设：电*****电压为理想电源，二极管端电压忽略不计，充电回路电阻包括有二极管内阻、电容器内阻、电路板走线、连接线引起的感抗等，可暂定总回路电阻为≤30Ω 代入数值: t=0.693×1350uF×3×30Ω=0.224532秒， 得：电容两端充至Vcc2/3约等于0.084mS 实际上在选择元器件及设备制作的过程中，降低回路内阻的空间还是很大的,比如:由于电流较大, 可以增加电缆截面或降低材料的电阻率的方法实现,线材采用铜绞线低阻电缆,连接导线应尽量走直线,以避免形成电感等等。 （3）、估算放电能量：公式W=1/2*CU2 (C为电容 U为电压） 代入数值：0.5×1350×4×600∧2=972焦耳 由于是模块化设计，当单一模块的放电能量在不能满足需求时，可增加模块的数量以达到负载的要求。值得注意的是，当运用二级或二级以上电容器组时，要考虑设备的浪涌电流问题，这可引入一个充电时序的概念，当一级主电容器的电压充至U2/3时，再打开下一级主电容器的充电开关，这样可将浪涌所造成的危害降至最小。 理论计算与实际肯定有一些差距，但作为条件对我们在制作或实验过程中进行参数修正还是很必要的。 （4）、限制浪涌电流 (Vin-Vc)/Rin Vin输入的最大直流电压,U×1.414, Vc电容的初始电压,一般设为0,当然可忽略桥堆压降。 Ri线路总电阻,包括电源内阻(一般设为0),输入部分的电感,NTC(冷态阻值)等. 设Ri=4Ω 则浪涌电流I=220×1.414÷4≈77.7A 即浪涌电流可控制在78A以内 电感量的确定:L=Ri/2Л/F≈0.0127mH 3、调节控制单元 ? 调控电路是以运放集成电路LM339为单元，给正向输入第5脚设定一个窗口 电压，随着充电电压的升高U2集电极的内阻逐渐下降，反向输入端电位逐渐上升，当VU4＞VU5时，LM339第2脚输出一低电位，可控硅关断，调节电位器R2即可控制充电电压。 4、触发单元、放电单元 （1）、触发电路由R5、R6、R7、Q3、C18、C19、L1组成触发电路，当Q3的控制极G脚得一触发脉冲，Q3的A1与A2接通，此时L1上的场能将迅速通过C18、A1、A2对地释放，由于互感作用，在L1的输出端产生一高压，本电路所设计的高压为12KV，可满足的于氙气触发，大电流真空管触发等。 （2）、放电单元的控制，由于负载的形式多样，有感性的、容性的、纯阻性的、混合性的，理想的负载当然是电阻类型的，因为它不会涉及到相位的问题，当选择的是感性负载后，由于储电单元采取的是电容方式的，这就有可能会产生LC低频振荡，如果条