[发明专利]一种太赫兹回旋管用平顶脉冲强磁场发生装置及方法

权利要求书

1.一种太赫兹回旋管用平顶脉冲强磁场发生装置，其特征在于，包括：超级电容器电源、第一高压电容器组以及磁体；

所述超级电容器电源的正极与第一高压电容器组的正极和磁体的一端连接；

所述超级电容器电源的负极、第一高压电容器组的负极以及磁体的另一端共同接地；

对所述磁体放电前，对所述超级电容器电源和第一高压电容器组充电储能；

对所述磁体放电时，首先控制第一高压电容器组对磁体放电，此时处于磁体电流上升阶段；当检测到磁体电流达到设定值时，进入磁体电流平顶阶段，超级电容器电源开始对磁体放电，以第一高压电容器组的端电压为状态反馈量，磁体电流为控制量，改变超级电容器电源内多相交错并联DC/DC变换器的PWM控制信号占空比对磁体电流进行负反馈控制，抵消超级电容器电源电压下降和磁体内阻增加的影响，使得磁体电流稳定在所述设定值，此时第一高压电容器组作为多相交错并联DC/DC变换器的输出电容，以滤除多相交错并联DC/DC变换器产生的开关纹波，保证磁体电流稳定；当达到所设定的平顶持续时间或者出现异常情况时，关闭所述多相交错并联DC/DC变换器，进入磁体电流下降阶段；所述磁体电流由磁体转换为平顶脉冲强磁场，其转换系数为常数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超级电容器电源包括：超级电容器组、直流断路器以及多相交错并联DC/DC变换器；

所述超级电容器组通过直流断路器连接至多相交错并联DC/DC变换器的输入端，多相交错并联DC/DC变换器的输出端为超级电容器电源的正极；

所述超级电容器组为超级电容器电源的储能部件，直流断路器为超级电容器电源的保护开关，多相交错并联DC/DC变换器用于控制超级电容器电源的输出电压。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：能量回收支路和直流控制开关；

所述磁体的另一端连接所述直流控制开关后接地；所述能量回收支路和直流控制开关并联；

在磁体电流上升阶段和磁体电流平顶阶段，所述直流控制开关开通，所述能量回收支路被短路；

在磁体电流下降阶段，所述直流控制开关关断，磁体和多相交错并联DC/DC变换器中电感的磁场能量通过能量回收支路释放，实现磁场能量的回收，直至磁体电流降至零放电结束。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述能量回收支路包括：续流二极管和第二高压电容器组；

磁体电流下降阶段，磁体和多相交错并联DC/DC变换器中的电感的磁场能量通过续流二极管流入第二高压电容器组，第二高压电容器组可承受瞬时大功率，实现磁场能量的快速回收。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：高压隔离单元和晶闸管；

所述高压隔离单元的阳极连接超级电容器电源的正极，阴极连接第一高压电容器组的正极和晶闸管的正极；

所述晶闸管的负极连接磁体的一端；

所述高压隔离单元用于隔离第一高压电容器的高电压，以免超级电容器电源被所述高压击穿损坏；

所述晶闸管作为第一高压电容器组对磁体放电的开关。

6.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，还包括：控制器、电压传感器以及电流传感器；

所述电流传感器采集磁体的电流值；

所述电压传感器采集第一高压电容器组的端电压；

所述控制器结合电流传感器和电压传感器采集的数据控制整个装置的工作过程，以产生平顶脉冲强磁场。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制器分别控制直流断路器、晶闸管以及直流控制开关的开通和关断；

且所述控制器输出多路PWM控制信号控制多相交错并联DC/DC变换器。

8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，设置第一高压电容器组和第二高压电容器组的参数相同，对磁体进行一次放电后，将第一高压电容器组和第二高压电容器组互换位置，以实现能量重复利用。