脉冲电源的制作方法

1.本技术涉及电力与电能技术领域，特别是涉及一种脉冲电源。


背景技术：

2.脉冲电源是电磁发射器系统正常运行的重要部分，其中，电感型脉冲电源是应用前景很广的一类脉冲电源，其具有电源储能密度高、控制简单以及易冷却等优点。
3.由于单个电感型脉冲电源模块的能级和输出功率不足以驱动实际负载，实际的电感型脉冲电源中需要有多个模块的协同工作。然而，电感型脉冲电源中多个脉冲电源模块的电感磁场会相互交织，产生不均匀的互感，各脉冲电源模块间互感虽然可以增加储能和储能密度，但是同时也极大增加了电感型脉冲电源整体系统的复杂度，导致电感型脉冲电源在故障时其工作状态无法被及时分析，提升检修难度。因此，在保证互感能量的同时，降低电感型脉冲电源的复杂度的问题亟需解决。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够在保证互感能量的同时，降低自身复杂度的脉冲电源。
5.一种脉冲电源。该脉冲电源包括多个脉冲模块，各脉冲模块包括储能元件以及目标电路元件，该目标电路元件至少包括主开关；该脉冲电源包括的多个该储能元件呈环形均匀排布；该脉冲电源包括的各目标电路元件均设置于多个该储能元件排布形成的环形结构的外部。
6.在其中一个实施例中，各储能元件所呈形状相同。
7.在其中一个实施例中，各储能元件之间的夹角大小相同。
8.在其中一个实施例中，各储能元件至少包括一个储能电感。
9.在其中一个实施例中，在各储能元件包括至少两个储能电感的情况下，各储能元件中的储能电感的排布方式相同。
10.在其中一个实施例中，该储能元件包括第一储能电感和第二储能电感，该目标电路元件包括主开关以及二极管；在各脉冲模块中，该主开关的一端与该第一储能电感的一端连接，该主开关的另一端用于与外部的初级电源的正极连接，该第一储能电感的另一端与该第二储能电感的一端连接，该第二储能电感的另一端用于与该初级电源的负极以及负载的一端连接，该二极管的阴极与该第二储能电感的一端连接，该二极管的阳极用于与该负载的另一端连接。
11.在其中一个实施例中，该第一储能电感与该第二储能电感彼此耦合。
12.在其中一个实施例中，该目标电路元件设置于靠近多个该储能元件排布形成的环形结构的圆心的位置处。
13.在其中一个实施例中，该脉冲电源为电感型脉冲电源。
14.在其中一个实施例中，该脉冲电源包括与该多个脉冲电源模块一一对应的多个壳
体，各壳体用于收纳对应的脉冲电源模块中的储能元件。
15.上述脉冲电源，通过将所包括的多个脉冲模块中的储能元件呈环形均匀排布，从而使得各脉冲模块中的储能元件受其他脉冲模块中的储能元件的影响都相同，保证脉冲电源良好的运行效果。由于各储能元件呈环形均匀排布，因此，可充分利用各储能元件之间的互感能量，提升脉冲电源的储能密度。同时，各储能元件形成的能量被约束于所呈环形的内部，所呈环形对称，以降低脉冲电源的整体复杂度。并且，由于各储能元件形成的能量被约束于所呈环形的内部，因此，将该脉冲电源包括的各目标电路元件均设置于多个该储能元件排布形成的环形结构的外部，有效降低储能元件所形成的能量对其他目标电路元件的干扰。
附图说明
16.图1为一个实施例中脉冲电源的结构示意图；
17.图2为一个实施例中环形结构范围示意图；
18.图3为一个实施例中脉冲电源的电路拓扑图；
19.图4为一个实施例中另一种脉冲电源的电路拓扑图；
20.图5为一个实施例中元件放置示意图。
具体实施方式
21.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
22.电磁发射器的构成除轨道炮负载外，最重要的部分就是高功率脉冲电源。脉冲电源通常主要分为电容型脉冲电源、电感型脉冲电源以及旋转机械型脉冲电源等几种类型。其中，电容型脉冲电源是当今最为成熟、使用最多的电源技术。旋转机械型脉冲电源，也称为惯性储能型脉冲电源，能量密度较高，是目前实现电源小型化的重要途径，但由于技术复杂，目前还难以投入实际应用。电感型脉冲电源相比于电容型电源储能密度更高，相比于旋转机械储能具有控制简单、功率密度高、容易冷却等优势，具有很好的应用前景，成为国内外学者研究的重点。
23.由于电磁发射应用场景多对机动性有较高要求，脉冲电源的体积应尽可能小，因此，能量密度成为脉冲电源的最重要技术指标之一。对于电容型脉冲电源、电感型脉冲电源以及旋转机械型脉冲电源，能量密度的大小关系为：旋转机械型脉冲电源》电感型脉冲电源》电容型脉冲电源，而结构复杂度的排序也是如此。可见，电感型脉冲电源是将来脉冲电源的重要发展方向，因此，进一步增大电感型脉冲电源的储能密度和实用性是非常关键的。
24.然而，对于电感型脉冲电源，电感能量以磁场的形式存储在周围空间中，多个脉冲电源模块的电感磁场相互交织，会产生不均匀的互感。各模块间互感虽然能够增加储能和储能密度，但是也会极大提高电感型脉冲电源整体的复杂度，使得电感型脉冲电源的工作状态在出现故障时无法被分析，从而提高检测检修的成本。同时，随着脉冲电源的模块的数目的增加，电感的磁场的强度和空间范围会增加，所发散的磁场会对脉冲电源中的其他元器件的运行带来严重的电磁干扰。因此，在保证互感能量的同时，降低电感型脉冲电源的复
杂度，并降低电感的磁场对脉冲电源中其他元器件的干扰的问题亟需解决。
25.如图1所示，其示出了本技术实施例提供的一种脉冲电源的结构示意图。该脉冲电源100包括多个脉冲模块，各脉冲模块包括储能元件101以及目标电路元件102，该目标电路元件至少包括主开关；该脉冲电源包括的多个该储能元件101呈环形均匀排布；该脉冲电源包括的各目标电路元件102均设置于多个该储能元件101排布形成的环形结构的外部。
26.其中，脉冲电源可用于与外部的初级电源以及外部的负载连接，通过将初级电源的电能存储于自身的储能元件中，并将储能元件中存储能量快速放电给所连接的负载。脉冲电源中可包括多个脉冲模块，各脉冲模块中均包含储能元件和目标电路元件，脉冲电源可通过连接外部的初级电源为各个脉冲模块的储能元件充电。其中，各脉冲模块中的目标电路元件至少包括主开关。各脉冲模块通过主开关、储能元件以及外部的初级电源，形成充电回路，以在该主开关导通时通过该外部的初级电源为该脉冲模块中的储能元件充电。需要说明的是，图1中以脉冲电源包括8个脉冲模块，从而以8个储能元件为例进行示意，本技术实施例对脉冲电源的脉冲模块的数量不作限制，即对储能元件的数量不作限制。脉冲电源中的各储能元件均呈环形均匀排布，形成超环形结构的脉冲电源。
27.脉冲电源中的各脉冲模块中的储能元件可以与外部的负载连接，以向该负载放电，例如，该负载为电磁发射器，脉冲电源可通过储能元件向该电磁发射器放电，作为该电磁发射器的电源。
28.该储能元件为可以将外部的初级电源所输入的能量进行存储的元器件，例如，该储能元件可以为电感，将初级电源导入的电能通过磁场的形式存储。
29.为降低各储能元件对脉冲模块种其它目标电路元件的影响，可将脉冲电源的各个脉冲模块中的储能元件呈环形均匀排布，该环形均匀排布也称为超环形结构排布。当储能元件为电感时，各电感呈环形排布后形成的磁场在该环形内部，对于该环形的外部辐射范围很小，如图2所示，其示出了本技术实施例提供的一种环形结构范围示意图，其中，201为该环形的内部范围，202以及203为该环形的外部范围区域。脉冲电源中还包括其它的目标电路元件，由于所呈环形的外部受磁场干扰很小，因此，各脉冲模块的目标电路元件均可防止于该外部范围区域，避免被磁场干扰而无法正常工作。可选的，主开关可以为普通开关或具有开关功能的半导体元件，例如可以为晶闸管。
30.上述脉冲电源，通过将所包括的多个脉冲模块中的储能元件呈环形均匀排布，从而使得各脉冲模块中的储能元件受其他脉冲模块中的储能元件的影响都相同，保证脉冲电源良好的运行效果。由于各储能元件呈环形均匀排布，因此，可充分利用各储能元件之间的互感能量，提升脉冲电源的储能密度。同时，各储能元件形成的能量被约束于所呈环形的内部，所呈环形对称，以降低脉冲电源的整体复杂度。并且，由于各储能元件形成的能量被约束于所呈环形的内部，因此，将该脉冲电源包括的各目标电路元件均设置于多个该储能元件排布形成的环形结构的外部，有效降低储能元件所形成的能量对其他目标电路元件的干扰。
31.在一个实施例中，各储能元件至少包括一个储能电感。
32.其中，该脉冲电源可为电感型脉冲电源，该储能元件可以为储能电感，各储能元件至少包括一个储能电感。储能电感以磁场方式储能。目标电路元件中的主开关、储能元件以及外部的初级电源可以形成充电回路，以在主开关导通的情况下，通过外部的初级电源为
储能电感充电，使储能电感以磁场的形式储能。可选的，各脉冲模块中的储能元件可以包括两个储能电感。
33.各脉冲模块通过采用储能电感，各脉冲模块中的储能电感的磁场相互交织，产生互感，增加脉冲电源的储能密度和储能能力。
34.在一个实施例中，在各储能元件包括至少两个储能电感的情况下，各储能元件中的储能电感的排布方式相同。
35.可选的，当各储能元件包括至少两个储能电感时，各储能元件中的储能电感的排布方式均相同。例如，当各脉冲模块中的储能元件均包含两个储能电感时，当脉冲电源中的其中一个脉冲模块中的两个储能电感并排排布，则脉冲电源中其它脉冲模块中的两个储能电感也同样应并排排布。需要说明的是，只要各脉冲模块中的储能电感排布方式相同即可，本技术实施例对储能电感的类型以及排布方式不作具体限制。
36.通过将各脉冲模块的储能元件中的储能电感以相同的排布方式进行排布，以保证将各储能电感的磁场约束在所呈环形的内部，最大限度降低储能元件对对各个脉冲模块中的目标电路元件的干扰，保证脉冲电源的正常运行。
37.在一个实施例中，各储能元件所呈形状相同。
38.可选的，各脉冲模块的储能元件所呈现的形状应相同，例如，当储能元件为两个储能电感时。若脉冲电源中其中一个脉冲模块的储能元件中的两个储能电感均为环形储能电感，则脉冲电源中的其它脉冲模块的储能元件中的两个储能电感也应为相同的环形储能电感。又例如，当各脉冲模块中的储能元件均包含两个工字型储能电感，则脉冲电源中其它脉冲模块中的两个储能电感也同样应为工字型储能电感。需要说明的是，本技术实施例对储能元件的形式不作具体限定，保证各储能元件所呈形状相同即可。
39.可选的，各储能元件中的储能电感的排布方式并且各储能元件所呈形状相同。例如，当各脉冲模块中的储能元件均包含两个工字型储能电感并且两个工字型储能电感呈并排排布，则脉冲电源中其它脉冲模块中的两个储能电感也同样应为工字型储能电感并且两个工字型储能电感呈并排排布。又例如，当各脉冲模块中的储能元件均一个环形储能电感和一个工字型储能电感并且两个储能电感呈并排排布，则脉冲电源中其它脉冲模块中的储能元件也同样应为一个环形储能电感和一个工字型储能电感并且两个储能电感呈并排排布。
40.通过保证各储能元件所呈形状，使得各储能元件呈均匀环形排布后，所形成的超环形结构为对称的，降低脉冲电源的复杂度，在脉冲电源故障时，可以大大降低运维人员检修检测的难度，节省检修时间，最快恢复脉冲电源的正常运行。
41.在一个实施例中，各储能元件之间的夹角大小相同。
42.其中，各储能元件呈环形均匀排布，保证各储能元件之间的夹角大小相同。通过保证各储能元件之间的夹角大小相同，使得各储能元件呈环形均匀排布所形成的超环形结构的对称效果更好，同时，当各储能元件为储能电感时，使得各储能元件的磁场约束效果更好，最大程度避免磁场对目标电路元件的干扰。
43.在一个实施例中，该脉冲电源为电感型脉冲电源。
44.其中，该脉冲电源为电感型脉冲电源。电感型脉冲电源的基本电路拓扑有两种，分别是meat grinder类电路拓扑和xram类电路拓扑。两类电路拓扑中的储能元件均为储能电
感，因此，对于这两类电路拓扑的电感型脉冲电源，均可将其中的储能元件呈环形均匀排布，以将储能元件的磁能约束在环形内部。具体地，meat grinder类电路拓扑还有衍生的电路拓扑，例如，stretch meat grinder with iccos以及meat grinder with sect两类电感型脉冲电源的衍生电路拓扑，其中的各个模块的储能元件也可呈环形均匀排布，以将储能元件的磁能约束在环形内部，避免对其他元器件造成干扰，并提升储能密度，需要说明的是，脉冲电源中各类带有储能元件的电路拓扑均可选择使用本技术实施例提供的环形均匀排布的方式，本技术实施例对电路拓扑具体结构不做具体限定。
45.在一个实施例中，如图3所示，其示出了本技术实施例提供的一种脉冲电源的电路拓扑图。该脉冲电源包括多个脉冲模块301，各脉冲模块包括主开关302、第一储能电感303、第二储能电感304以及二极管305，脉冲电源可于外部的初级电源306以及外部的负载307连接。具体的，各脉冲模块中的储能元件包括第一储能电感和第二储能电感，该目标电路元件包括主开关以及二极管；在各脉冲模块中，该主开关的一端与该第一储能电感的一端连接，该主开关的另一端用于与外部的初级电源的正极连接，该第一储能电感的另一端与该第二储能电感的一端连接，该第二储能电感的另一端用于与该初级电源的负极以及负载的一端连接，该二极管的阴极与该第二储能电感的一端连接，该二极管的阳极用于与该负载的另一端连接。
46.其中，该第一储能电感与该第二储能电感彼此耦合。
47.图3为meat grinder类电路的一种电感型脉冲电源的电路拓扑。对于其中的各脉冲模块，主开关的一端与第一储能电感的一端连接，主开关的另一端用于与外部的初级电源的正极连接，第一储能电感的另一端与第二储能电感的一端连接，第二储能电感的另一端用于与初级电源的负极以及负载的一端连接，二极管的阴极与第二储能电感的一端连接，二极管的阳极用于与负载的另一端连接。电路运行时主开关先导通，第一储能电感和第二储能电感串联由外部的初级电源充电。当充电完成后，主开关被断开，第一储能电感失去电流回路，电流被强制降低到零，第一储能电感和第二储能电感存储的能量瞬间全部转移到第二储能电感中，使第二储能电感的电流激增。从而由第二储能电感为外部的负载充电。同时，各个储能电感的呈环形均匀排布时可以尽量紧凑，向所呈环形的中心集中，以达到更高的互感以及更好的磁场约束效果。
48.如图4所示，其示出了本技术实施例提供的另一种脉冲电源的电路拓扑图。该电路拓扑为xram类电路拓扑。其中，us为初级电源，l1、l2、以及ln等是储能电感，s、s1、s2、以及sn等为主开关，共n个主开关，d
11
、d
12
、
…
、d
n1
、d
n2
是二极管，load为等效负载，s为辅助开关。电路运行时s、s1、s2、以及sn等主开关先导通，从而使各储能电感串联由us充电，当充电完成后，s、s1、s2、以及sn等主开关断开，同时s导通，各储能电感通过二极管串联向负载放电，即通过电感串充并放的方式实现电流倍增。对于图4中的各储能电感，各储能电感l1、l2、以及ln等可以呈环形均匀排布，各个主开关、二极管以及辅助开关可以放置于所呈环形的外部并相应连接。从而避免各个主开关、二极管以及辅助开关受各个储能电感的磁场的干扰。其中，各储能电感的形状尽量相同，以保证所呈环形的对称性，降低脉冲电源的整体的复杂度，并且，呈环形排布的各个储能电感之间的夹角相同，以保证更好的对称效果以及磁场的约束效果，同时，各个储能电感的排布可以尽量紧凑，向所呈环形的中心集中，以达到更高的互感以及更好的磁场约束效果。
49.在一个实施例中，该脉冲电源包括与该多个脉冲电源模块一一对应的多个壳体，各壳体用于收纳对应的脉冲电源模块中的储能元件。
50.其中，该脉冲电源还可以包括多个壳体，该壳体可以为绝缘或导体等材料，多个壳体分别与脉冲电源中的各个脉冲模块分别对应。各个脉冲模块对应的壳体，用于收纳该脉冲模块中的储能元件。例如，对于图3中的meat grinder类电路的电感型脉冲电源，各脉冲模块中的壳体收纳第一储能电感以及第二储能电感。对于图4中的xram类电路的电感型脉冲电源，脉冲电源包括n个壳体，第一个壳体中收纳储能电感l1，第n个壳体中收纳储能电感ln。
51.在一个实施例中，如图5所示，其示出了本技术实施例提供的一种元件放置示意图。脉冲电源500中的目标电路元件502设置于靠近多个该储能元件501排布形成的环形结构的圆心的位置处。
52.其中，由于电磁发射器要求脉冲电源的体积尽可能小，因此，可选的，可将各脉冲模块的目标电路元件放置于所形成的环形结构的圆心的位置处，充分利用环形结构的外部靠近圆心的区域空间，以减小该脉冲电源的体积。
53.在一个实施例中，提供一种脉冲电源，该脉冲电源包括多个脉冲模块，各脉冲模块包括储能元件、主开关以及二极管。该脉冲电源中的各储能元件呈环形均匀排布，各主开关以及各二极管在所呈环形的圆心处放置。该脉冲电源中还可以包括其它电路元件，其它电路元件也可放置于所呈环形的圆心处。其中，各个储能元件所呈的形状相同，并且各储能元件之间的夹角相同。各储能元件可包括彼此强耦合的第一储能电感和第二储能电感，各储能元件中的第一储能电感和第二储能电感的排布方式相同。各储能元件中的第一储能电感和第二储能电感可对应放置于壳体内进行收纳。
54.上述脉冲电源所呈环形中的各储能元件对称，各储能元件受其它储能元件的影响均相同，以保证脉冲电源的良好的运行效果。呈环形排布可充分利用各储能元件之间的互感能量，提高脉冲电源的储能密度。储能元件的磁场被约束在所呈环形的内部，最大程度降低了对主开关以及二极管等元件的干扰以及其它在该脉冲电源附近的元件的干扰。脉冲电源中除储能元件之外的其它元件可以放置在所呈环形外部的圆心的区域，以减小脉冲电源的体积，可选的，脉冲电源中除储能元件之外的其它元件也可放置在所呈环形的外部的其它区域。
55.应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
56.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
57.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并
不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。