[发明专利]双向可调直流电源

说明书

技术领域

本发明主要适用于电磁场供电，磁场约束，直流电机驱动，远程电力传输，磁控溅射，激光泵浦，电容充放电，电磁场换向等启动功率与运行功率落差较大且要求供电快速响应领域与恒功率传输领域。

背景技术

电感线圈直流供电，等离子磁场约束的共同特点就纯电感负载，直流电源给纯感性负载供电存在一个很大的问题就是启动电流从0开始按照规律增大，增长到直流电压与电感直流电阻的比值电流因为电感的直流电阻非常小，所以经过延时后直流电流很大，对于电感线圈来说，电感快速饱和，线圈铁损增加，供电电源相当于对重载电阻输出，电感线圈的功耗主要是焦耳热损耗(W＝I²R)。这是本发明要解决的问题之一。

直流电机供电，直流电机在重载启动时，电流经过定子绕组有一定延时，期初电流为0，转矩为0，等到电流快速增加线圈上的电压快速下降(Z_L→0)，电机无法启动，线圈上的损耗就是焦耳热损耗(W＝I²R)，电机无法对外提供转矩拖动势能。

磁控溅射，连续激光泵，这类负载是电离气体的负阻负载，启动电压高，启动电流小，正常工作电压低，电流大，功率等级落差大，关断时电流拖尾严重，虽然脉冲开关关断，但是因为电容电压变化过程所以线路中电容还要放电因为电路中电感电流变化过程是所以还在续流(I_L)，磁控溅射时，工件因电流拖尾而经常被灼伤，激光泵因为电流拖尾而造成切割工件毛刺，所以必须从电源上解决电流拖尾问题。

无极性电容充放电，电磁场换向。电容充电电流方向与放电电流方向相反，电磁场换向后，电磁铁极性换向，传统的换向是利用电磁继电器换向，这种换向的缺点在于，第一、触点打弧，经过多次换向后，触点老化。第二、还有换向速度受限，继电器的工作频率最快在1kHz左右。第三、还有就是电流电压无法受PWM控制。第四、换向不平稳，交点处控制信号失真。

恒功率(U₁I₁T₁＝U₂I₂T₂)传输：恒功率电源变换与电源换向，在传统电源拓扑结构中都比较困难，功率恒定范围受限，如果某电源最高电压1000V,最大功率50kW，要恒功率输出50V，则输出电流为1000A，恒功率输出电压100V，则恒功率输出电流为500A。输出电流对于可调电源来说，恒定功率输出尤为重要，所以本发明能解决恒功率调节与传输问题。

发明内容

双向可调直流电源，其特征在于：至少包括输入直流电源、恒功率变换装置、H型换向桥、电流传感器、桥式换向电压采样电路、负载、H桥开关控制器这七部分级联组成；电流传感器作为电流检测，桥式换向电压采样电路作为换向电压检测；

输入直流电源分为直流电压源或直流电流源；输入直流电源与H型换向桥，分别连接在恒功率变换装置的输入或输出端；由输出类型决定输入直流电源的类型，当需要输出为电压源时，输入直流电源为直流电流源，电流源的输出与恒功率变换装置的输入端并联，恒功率变换装置的输出端与H型换向桥输入端并联，H桥输出端与负载并联；当需要输出为电流源时，输入电源为直流电压源，电压源的输出与恒功率变换装置的输入端并联，恒功率变换装置的输出端与H型换向桥输入端并联，H桥输出端与负载并联；桥式换向电压采样电路与输出负载并联；

恒功率变换装置为一个或由多个恒功率变换单元级联构成的，每个单元包括1个二极管，1个电感器，1个第一电容器，1个第二电容器，1个电阻器；二极管与电感器串联，电阻器与第一电容器串联后与二极管并联，电感器不连接二极管的另一端与二极管不连接电感的另一端之间与第二电容器并联，构成恒功率变换装置的一个单元，二极管的两端是本单元的输入端，第二电容器的两端是本单元的输出端；相邻两个单元是级联的，也就是前面单元的输出与后面单元的输入并联；多个单元按照同样的结构级联成恒功率变换装置；输入电源的输出与恒功率变换装置的二极管并联，输出电源的输入与恒功率变换装置的第二电容器并联；