[发明专利]一种基于单相桥式电容转换的混合储能脉冲电源

说明书

一种基于单相桥式电容转换的混合储能脉冲电源，属于脉冲功率技术领域。其特征在于：初级电源的正极通过主开关与初级电源的负极连接分别连接耦合电感L1的两端，负载连接在耦合电感L2的两端；在耦合电感L1的两端还并联有单向桥式电容转换电路，单向桥式电容转换电路包括交替导通的两条桥臂以及连接在两条桥臂之间的转换电容，每一条桥臂包括同向串联的一组可控开关，转换电容交替串联在导通的桥臂中并连接在每一条桥臂的可控开关之间。在本基于单相桥式电容转换的混合储能脉冲电源中，通过转换电容对周期性交替导通的两个桥臂耦合电感的漏感能量进行收集，并用于下一个放电周期中对晶闸管反向关断，提高了能量的利用效率。

技术领域

一种基于单相桥式电容转换的混合储能脉冲电源，属于脉冲功率技术领域。

背景技术

脉冲功率技术是近些年迅速发展的一门新兴学科，主要研究如何经济可靠的储存能量，并且将储存的能量有效传输到负载上。它以高电压、大电流、高功率、强脉冲为特点，涉及初级电源储能技术、脉冲开关技术和脉冲压缩成形等技术。高功率脉冲的形成，一般先经过慢储能得到足够的初级能量，然后经过中间储能环节和能量的压缩转化环节，最后将能量快速释放到负载上。由于脉冲功率技术的广泛研究与应用，对脉冲上升时间、平顶度、稳定性和设备工作寿命等方面的要求不断提高，这使脉冲功率技术面临更多挑战。

常用的脉冲功率储能方式有电容储能、电感储能和旋转机械能储能，这三种储能方式的储能密度比为1∶10∶100。其中电容储能较为成熟，但是其密度较低，难以使装置小型化轻量化；旋转机械能储能密度最高，但是结构非常复杂且难以实施；电感储能相较于电容储能，储能的密度大一个数量级，相比于旋转机械能储能只需储存单次发射能量且容易冷却，这些优势都使得电感储能型脉冲电源越来越得到广泛的研究与发展。

但是电感储能也有其自身的不足，比如不能长时间储能、线圈损耗和换流困难。线圈的损耗可以用超导材料等处理方式解决。但是，当切断大电感电流时会产生电流突变，对断路开关所耐受的电压应力和处理能力有着很大挑战。

围绕着电感储能脉冲电源，充分发挥其多方面的优势，当前文献中提出了几种研究方法：

文献A.Sitzman，D.Surls，and J.MalliC1k.STRETC1H Meat Grinder：A NovelC1irC1uit Topology for ReduC1ing Opening SwitC1h Voltage Stress[C1].ProC1.13th IEEE Pulsed Power C1onferenC1e，Monterey，C1A，2005：493-496提出的STRETC1H meat grinder电路结构。该电路基于meat grinder电路模式，引入一个电容用以回收漏磁通中的能量和减缓电感中的电流变化，以减小断路开关两端的电压，而主开关采用IGCT，通流能力有限，且成本较高。

文献H.Li，Y.Zhang，C1.Zhang，M.Gao，Y.An，and T.Zhang.A RepetitiveInduC1tive Pulsed Power Supply C1irC1uit Topology Based on HTSPPT [J]，IEEETrans Plasma SC1ienC1e，Vol.46，NO.1，Jan，2018和专利申请号201610036334.3提出了基于桥式电流转换电路（BCSC）和高温超导脉冲变压器（HTSPPT）的电感储能型重复频率脉冲电源结构。上述文献仍然通过电容回收漏磁通中的能量和减缓电感中的电流变化，以减小断路开关两端的电压，主开关主要为高功率、大电流的全控型半导体器件，通流能力较低，开关成本仍然较高。

发明内容