[发明专利]一种超导电感电容混合储能脉冲功率电源

摘要

本发明公开了一种超导电感电容混合储能脉冲功率电源，包括初始充电电源、可控开关、储能电容器、非线性电阻、三绕组脉冲变压器、二极管和负载；本发明结构将超导电感储能和电容储能有效结合，并利用三绕组脉冲变压器将能量进行快速压缩和释放；电容器集储能和限压两种功能并且通过LC振荡回路加速了能量向负载传递的速率和效率；压敏电阻使原边超导线圈中的剩余电流快速衰减，提升了能量传递效率。

主权项

一种超导电感电容混合储能脉冲功率电源，其特征在于，包括初始充电电源(1)、可控开关、储能电容器C(3)、压敏电阻R(6)、三绕组脉冲变压器TX(8)、整流二极管D3(12)、整流二极管D4(13)和负载(15)；其中，初始充电电源(1)由直流电流源和保护电阻构成；可控开关包括电感充电开关S1(2)、电容放电开关S2(4)和负载侧开关S3(14)；三绕组脉冲变压器TX(8)的原边绕组Lp(9)分别与初始充电电源(1)、储能电容器C(3)和压敏电阻R(6)构成三个并联回路；电容放电开关S2(4)串联在储能电容器C(3)上；互为反向的充电二极管D1(5)和续流二极管D2(7)分别串联在储能电容器C(3)和压敏电阻R(6)的支路上，电容放电开关S2(4)与充电二极管D1(5)并联；三绕组脉冲变压器TX(8)的两副边绕组Ls1(10)、Ls2(11)采用自耦方式与负载(15)连接，两副边绕组Ls1(10)、Ls2(11)支路分别串联有方向相反的整流二极管D3(12)、整流二极管D4(13)和一个负载侧开关S3(14)；所述超导电感电容混合储能脉冲功率电源的工作过程，分为以下六个阶段：第一阶段，电感充电开关S1(2)导通，电容放电开关S2(4)、负载侧开关S3(14)关闭，初始充电电源(1)对三绕组脉冲变压器TX(8)原边绕组Lp(9)充电，当原边绕组Lp(9)上的电流达到要求时，关断电感充电开关S1(2)，进入第二阶段；第二阶段，关断电感充电开关S1(2)，三绕组脉冲变压器TX(8)的原边绕组Lp(9)经充电二极管D1(5)对储能电容器C(3)进行充电，储能电容器C(3)上的电压通过改变原边绕组Lp(9)的电流进行调节，由于电容放电开关S2(4)和负载侧开关S3(14)没有导通，原边绕组Lp(9)中的能量全部存储到储能电容器C(3)中；当原边绕组Lp(9)中的电流下降到零时，进入第三阶段；第三阶段，再次导通电感充电开关S1(2)，初始充电电源(1)再次向原边绕组Lp(9)充电，充电电流值可调；当需要向负载(15)放电时，进入第四阶段；第四阶段，触发导通负载侧开关S3(14)和电容放电开关S2(4)，关断电感充电开关S1(2)，原边绕组Lp(9)对储能电容器C(3)放电，原边绕组Lp(9)电流的突变会在副边绕组Ls1(10)中产生感应电压，副边绕组Ls1(10)中产生的感应电流经整流二极管D3(12)和负载侧开关S3(14)对负载(15)放电，由于整流二极管D4(13)的阻断作用，副边绕组Ls2(11)中没有感应电流；当原边绕组Lp(9)中的电流下降到零时，进入第五阶段；第五阶段，储能电容器C(3)经电容放电开关S2(4)向原边绕组Lp(9)反向放电，副边绕组Ls1(10)中产生的感应电流向负载(15)放电；当检测到储能电容器C(3)上的电压下降到零时，关断电容放电开关S2(4)，进入第六阶段；第六阶段，原边绕组Lp(9)中的剩余电流全部通过压敏电阻R(6)，由于压敏电阻R(6)的稳压特性使原边绕组Lp(9)在接近恒压下放电，副边绕组Ls2(11)中产生的感应电流经整流二极管D4(13)向负载(15)放电，由于整流二极管D3(12)的作用，副边绕组Ls1(10)中没有感应电流；最后，原边绕组Lp(9)中的电流在压敏电阻R(6)的作用下迅速衰减到零，放电结束。