一种交流同步注入式脉冲电流阻尼补偿电路及其控制方法与流程

本发明属于高压脉冲功率，具体涉及一种交流同步注入式脉冲电流阻尼补偿电路及其控制方法。

背景技术：

1、在高压脉冲功率系统中，高压电容通过高压开关对负载电感放电，形成阻尼振荡电流，广泛应用于等离子体驱动、脉冲焊接、电磁成形、脉冲消毒等领域。然而，由于高压开关导通内阻、高压电容等效串联电阻以及回路导线寄生电阻的存在，振荡电流的幅值随周期呈指数衰减，即“脉冲电流跌落”。这种跌落导致后续半波的有效能量大幅降低，影响处理效果。

2、为抑制电流跌落，现有技术常采用增大电容容量、提高初始电压或串联电阻补偿网络等方法，但均存在体积大、效率低或控制复杂等问题。也有方案尝试采用有源能量注入，但往往需要复杂的相位检测和逐半波开关控制，响应速度慢且容易引入相位误差。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种交流同步注入式脉冲电流阻尼补偿电路及其控制方法，本发明构建一条与主放电回路谐振周期相同、初始相位相同的辅助交流谐振支路，该谐振支路通过一个隔离变压器的副边及双向二极管结构并联至负载电感两端。当主回路触发振荡时，辅助支路同时触发，其产生的交流电流通过变压器和二极管自动向负载电感注入与主回路电流方向一致的能量，从而持续补偿回路损耗，显著减缓电流跌落。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种交流同步注入式脉冲电流阻尼补偿电路，包括：

4、主放电回路，由高压电容、高压开关、负载电感依次串联构成；

5、能量补偿支路，并联于所述负载电感两端，该支路包括补充电容、补充开关、隔离变压器；

6、所述隔离变压器的原边绕组与所述补充电容、补充开关串联构成补充谐振回路；

7、所述隔离变压器的副边绕组设有中心抽头并接地，副边绕组的两端分别通过单向导通半导体器件连接到负载电感的两端。

8、所述隔离变压器的原边绕组串联有一个附加电感，用于精确匹配谐振周期。

9、所述副边绕组的两端所连接的单向导通半导体器件采用二极管，两个二极管的极性相反，构成双向防反结构。

10、所述能量补偿支路的谐振周期与主放电回路的谐振周期满足：

11、

12、其中，为隔离变压器原边等效电感，为补充电容，为负载电感，为高压电容。

13、所述补充开关与所述高压开关被配置为同时触发导通，所述补充开关的拓扑结构采用半桥逆变或全桥逆变，补充开关的器件采用半导体器件，包括碳化硅、igbt、晶闸管或硅mosfet。

14、一种交流同步注入式脉冲电流阻尼补偿电路的控制方法，包括以下步骤：

15、步骤1，将补充电容预充电至设定电压值；

16、步骤2，同时触发导通高压开关和补充开关；

17、步骤3，主放电回路产生阻尼振荡电流，同时能量补偿支路产生同频同相的谐振电流；

18、步骤4，隔离变压器副边感应电压经两个二极管或者单向导通半导体器件自动整流，在每个半周向负载电感注入与主放电回路电流方向相同的补充电流，以补偿回路损耗。

19、所述补充电流通过调节补充电容预设定的电压值控制每次振荡中补充能量，通过隔离变压器的匝比，控制负载电感的负载电压。

20、所述电压值与补充能量满足：；

21、所述匝比与负载电压满足：=。

22、相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

23、1. 相位自然同步：本发明采用能量补偿支路，使能量补偿支路与主放电回路同时触发，无需额外的锁相环、过零检测或相位调整电路，实现完全同频同相的能量注入，控制极其简单。

24、2. 全自动双向补偿：本发明通过隔离变压器副边中心抽头接地加双反向二极管结构，可自动适应交流正负半周，无需全桥整流或有源开关，导通损耗低，可靠性高。

25、3. 有效抑制电流跌落：本发明通过能量补偿支路，使每半周期持续注入能量，可显著补偿欧姆损耗，使脉冲电流幅值衰减大幅减慢，延长有效振荡时间，提升能量利用率。

26、4. 电气隔离：本发明通过隔离变压器使能量补偿支路与主放电回路高压侧隔离，提高了系统安全性，便于低压控制电路设计。

27、5. 参数匹配灵活：本发明通过调整补充电容电压设定的电压值、原边串联的附加电感或隔离变压器匝比，可适应不同频率和损耗的主回路。

28、综上，本发明提出的补偿电路实现了完全同频同相的能量注入，且控制简单，导通损耗低，可靠性高、能量利用率高，参数匹配灵活，提升了安全性和泛用性。

1.一种交流同步注入式脉冲电流阻尼补偿电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述隔离变压器的原边绕组串联有一个附加电感，用于精确匹配谐振周期。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述副边绕组的两端所连接的单向导通半导体器件采用二极管，两个二极管的极性相反，构成双向防反结构。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述能量补偿支路的谐振周期与主放电回路的谐振周期满足：

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述补充开关与所述高压开关被配置为同时触发导通；

6.一种基于权利要求1至5任一项所述电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述补充电流通过调节补充电容预设定的电压值控制每次振荡中补充能量，通过隔离变压器的匝比，控制负载电感的负载电压；