[发明专利]脉冲功率装置的误击穿响应系统和实现方法

说明书

本发明公开了一种脉冲功率装置的误击穿响应系统和实现方法。系统包括误击穿检测单元、控制模块和充电时间控制单元；误击穿检测单元实时监测误击穿行为；若发生误击穿行为，则控制模块停止向充电时间控制单元发送使能信号，直至下一充电周期或工作周期到达时，恢复向充电时间控制单元发送使能信号；充电时间控制单元在接收到使能信号时，控制初级充电模块保持充电行为，否则控制初级充电模块停止充电行为。方法包括在工作周期内，若高压产生模块开关发生误击穿，则控制初级充电模块停止充电行为，直至下一充电周期开始时恢复初级充电模块的充电行为。本发明能在误击穿发生时，迅速切断充电行为。

技术领域

本发明涉及脉冲功率技术领域，尤其是一种脉冲功率装置的误击穿响应系统和实现方法。

背景技术

脉冲功率技术是一种将电能缓慢存储，在瞬间向负载释放的技术。一套典型的脉冲功率装置，主要包括初级充电模块和高压产生模块两大主体部分，以及真空、测量、控制、触发等附属系统。初级充电模块负责对高压产生模块缓慢充电，这一过程是电能的缓慢存储过程；当充电至预期电压时，高压产生模块中的开关闭合，电能迅速向负载释放。

图1是一套脉冲功率装置主体部分等效电路示意图。图1中的整流滤波电路和全桥变换电路构成初级充电模块，对于功率较大的脉冲功率装置，目前主流是采用以串联谐振全桥变换电路为拓扑结构的开关电源作为初级充电模块。图1中的负载电路即为高压产生模块，在充电过程中，开关S闭合前，高压产生模块可以等效成电容CL，开关S闭合时，电能向RL快速释放。

脉冲功率技术在高功率微波领域，要求脉冲功率装置重频工作，例如10Hz、20Hz等。通过控制系统的控制，可以实现重频工作模式。初级充电模块可近似等效为恒流源，输出电流恒定。恒流源对电容负载充电时，负载电压线性上升。图2是重频模式下，充电电流和负载电压的示意图。图中，上部是电流信号，重频工作时，在一个工作周期内，以电流i0持续输出时间t1(充电周期)，间隔时间t2，交替进行。下部是电压信号，等效电容CL上的电压在时间t1内随时间线性增长，当电压达到期望电压u0时，开关S闭合，CL上的电压释放，电压值变为0。

上述为脉冲功率装置的正常工作状态。而在异常状态时，则会发生不一样的现象。所谓的异常状态是指：脉冲功率装置重频工作过程中，高压产生模块中的开关发生误击穿。

如图3所示。高压产生模块期望经过在时间t1，充电电压达到u0时，开关再闭合。但在重频工作时，某一个工作周期内，充电还没有达到u0，在刚刚经过时间t3时，开关发生了误击穿，高压产生模块提前放电。而此时初级充电模块仍然继续恒流输出。这就会使高压产生模块的电压产生类似图3的异常。

开关发生误击穿对高压产生模块和初级充电模块都会产生不同程度的影响。对于高压产生模块，轻度影响是当前脉冲和随后的数个脉冲工作失败(图3为示意，仅画出当前及随后的一个脉冲失败)，重频工作尚可以继续；中度影响是当前及以后所有的脉冲工作失败，重频工作失败；重度影响是，不但重频工作失败，还造成模块内部某些元件击穿损坏。对于初级充电模块来说，轻度时不会造成任何影响，充电模块继续重频输出电流；中度影响是，充电模块会因高压模块的异常干扰而死机，重频工作终止，需要重启充电模块；重度影响是，因过大的干扰电脉冲而产生不可逆的伤害，无法重启解决，需要更换硬件。

现有脉冲功率装置在重频工作时，需要人工进行误击穿的监视，或者监视示波器上的波形，波形异常意味着发生了误击穿；或者注意听开关重频工作时的击穿声音，例如声音以10Hz有节奏地产生，意味着正常，一旦明显失去节奏，开关击穿声音出现高低不平，有时伴随着击穿打火的声响，意味着出现误击穿。出现异常的应对手段是进行手动急停，即紧急停止充电模块工作。因为人的反应时间也许要几秒，往往来不及急停，例如以10Hz工作2秒的情况；或者急停动作为时已晚，例如以10Hz工作30秒。对充电模块和高压产生模块会产生前述的轻重不同的伤害。

发明内容