[发明专利]移动式大功率高压直流电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种移动式大功率高压直流电源，特别涉及大功率高压电器领域。

背景技术

大功率高压直流电源一般采用交流整流滤波后获得，在大功率应用场合，电源体积随着功率增加而增大，在有移动需求或野外应用场合，大功率高压直流电源体积和重要均有一定限制，导致采用电网供电或发电机供电的高压直流电源的应用受到限制。在地质勘探领域，高压直流电源用于给脉冲电容器充电，但野外和移动应用一般需配备柴油发电机，但在山区，大功率的柴油发电机难以移动，使用受到限制。

专利201410348131.9公开了一种高压电源，采用的是开关变换技术，采用交流供电电源经过整流逆变，再经过高压整流后给电容器充电的技术路线。若采用该方式，在山区采用电火花地质勘探应用时，则需要柴油发电机提供交流电源，同时需要改专利研制的高压充电电源；专利200610165501.0公开了一种采用超级电容器供电的充电电源，其原理是超级电容器作为初级能源，与高频充电电源相配合对高压电容器进行充电。此专利仅利用超级电容器作为初始能源，在给电容器充电时，仍然需要相同功率的充电电源。上述专利和现有脉冲电容器充电技术有共同特点，都是采用了高压变压器技术，通过变压器将低压变为高压后给脉冲电容器充电，因此存在相同的问题，即随着充电功率增加，不仅初级能源系统体积增加，将低压初级能源转变为高压的充电系统体积随之增加。

发明内容

本发明的目的是在实现高压电容器，即目标充电电压在1KV及以上的电容器，快速充电的前提下，提出一种移动式大功率高压直流电源，它利用超级电容器级联方式叠加出高压直流源，省去高压变压器，减小现有高压电容器充电系统体积、降低成本费用。

本发明包括7个组成部分：控制系统、N个超级电容器组，N个控制开关、N个二极管、限流电感、高压电容器和电流测量线圈。1个超级电容器组按照电流流向串联1个控制开关后，在其串联电路两端按照相同的电流方向并联一个二极管，形成超级电容器组级联电路的一级。N个超级电容器组级联电路按照电流方向依次串联，形成N级超级电容器组级联高压电源。N级超级电容器组级联高压电源输出的正极端串联限流电感，限流电感的另一端连接高压电容器负载的高压极，N级超级电容器组级联高压电源输出的负极端连接高压电容器负载的低压极。

N为大于等于1的正整数，N个超级电容器组电压可以相同，也可以不相同，N个超级电容器工作电压之和最大等于高压电容器最高充电电压，最小等于高压电容器最高充电电压的一半。

本发明的工作原理和工作过程如下：本电源未工作之前，控制系统输出信号使控制开关处于断开状态，且明确本次充电任务的目标充电电压，N个开关控制装置根据目标充电电压确定参与充电的超级电容器组级联电路，确定的原则是本次参与充电的超级电容器组级联电路输出电压之和不小于目标充电电压的一半。本电源充电时，控制系统输出相应超级电容器组级联电路控制开关开通信号，超级电容器组级联电路输出电流经限流电感后给高压电容器负载充电。高压电容器电压达到目标电压后，控制系统控制导通的控制开关断开，充电系统停止充电。此时，脉冲电容器可根据需要通过开关对脉冲电源的负载放电。

本发明的积极效果是：

1.该电源采用超级电容器组级联的构成直流源，实现了超大容量、超长使用寿命、超快直流源蓄能、适合低温条件的特点。

2.该电源采用超级电容器组和级联拓扑结构形成高压充电电源，降低了充电系统成本和体积。

3.该电源采用超级电容器组和级联拓扑结构形成高压充电电源，利用超级电容器组输出电流大的特点，形成高压、大电流的充电装置，实现了脉冲电容器的快速充电。

4.该电源中超级电容器组采用级联方式，避免了控制开关导通时间不一致而导致的对控制开关的损害，也避免了超级电容器组直接串联使用时，因某组超级电容器发生故障而导致整个系统不能使用的问题。

5.该电源中超级电容器组采用级联方式，可以选择性的控制投入使用的超级电容器组，实现不同电压等级的充电任务。

6.该电源在1kV以上的高压电容器充电时更具优势。

7.该电源用于野外勘探时，充电速度很快，可以有减小野外工作时间。

本发明可用于脉冲功率领域高压电容器的快速充电。本发明摒弃了传统的充电电源中采用的升压变压器技术方法，直接采用初级能源通过级联拓扑串连起来形成大电流的高压电源对电容器进行充电，特别是采用超级电容器级联作为直流源，提高了充电速度，消除了充电系统的中间环节，缩小了充电系统的体积，降低了系统成本。