[发明专利]储能电容开环PWM控制恒流充电装置

说明书

技术领域

本发明公开了一种储能电容开环PWM控制恒流充电方法及装置，适合于需要电容快速储能的技术领域，如用储能电容快速充电然后瞬时放电的方式产生脉冲电场、脉冲磁场、脉冲激光、脉冲微波、闪光等的应用领域。

背景技术

对储能电容充电，再将电容快速放电，这种方法能产生很强的脉冲功率，是产生脉冲强磁场、脉冲激光、脉冲微波、闪光等的一种切实可行的方法。提高脉冲重复频率，可以通过控制充放电过程时间，减小充电时间为主要手段。理想的充电方式希望充电电源对储能电容恒流充电，既能使储能电容充电电压快速上升，缩短充电时间，也能减小充电过程对开关器件产生的电流冲击提高电源的电流利用率。

现有的恒流充电方法有闭环PWM恒流充电方法和串联谐振式恒流充电方法。闭环PWM控制方式，是将电流实时采样与给定的恒流电流比较，然后控制占空比的大小使电流恒定，2006年公开的专利CN101013850公开了这种方法。这种方法充电电感比较小，但由于闭环控制时间比较长，适应于充电周期几百毫秒以上的长时间恒流充电系统。

串联谐振式恒流充电方法，是使充电电感和储能电容发生串联谐振，在谐振过程中，电容的充电电流接近恒流，这个过程中减小谐振频率就能减小电容的充电时间。这种方法充电时间较快，但是充电时间不可控；而且发生谐振需要很大的充电电感，不利于减小充电装置的重量和体积，同时大电流大电感量的电感也给制造工艺带来很大难度。

开环PWM控制就是不通过反馈来控制充电电流恒流，而是使充电过程按预先设定的充电PWM曲线进行，通过优选的曲线使充电电流恒定。开环控制适用于电源负载和电路参数都不变化的场合，储能电容充电过程中充电电源的等效负载没有发生改变，充电过程相关的电容电感等主要元件参数恒定，这给开环控制提供了可能。

开环PWM控制的储能电容充电电路原理图如图1，直流电压矩形波脉冲E(t)通过电感给储能电容充电，其电压值和脉冲宽度可以通过开关电源变换器产生。如图2(a)，设其高电压维持时间为t_on，电压为零的时间为t_off，该电压通过电感给储能电容充电。在提供峰值电压存续期间，电感电流的上升按下式计算：

ΔiLup=u0-ucL·ton(j)---(1)]]>

当提供的矩形波峰值电压结束时，由于电感电流需要连续，此时二极管续流导通，电感电流随时间下降，有如下公式：

ΔiLdown=-ucL·toff---(2)]]>

图2(b)是一个PWM周期内电感电流上升和下降的波形。通过上面分析，可以得出以下结论：

(1).矩形波通过电感给储能电容充电，在开环状态下控制矩形波占空比宽度可以控制充电电流上升率和充电电流的大小。

(2).只要储能电容充电过程中与控制相关元器件参数不变化，就能使充电过程能进行稳定的重复的开环控制。

(3)开环PWM控制能使充电电流恒定，减小充电电流冲击，又能使充电电感减小。

发明内容