电容型高功率脉冲电源控制电路设计

　　1 引 言

　　高功率脉冲电源(PPS)是为脉冲功率装置负载提供电磁能量的装置。由多个脉冲电容器组为储能单元并联组成的PPS,具有储能简单，造价低、波形灵活可调，所需充电功率小，抗干扰能力强，方便运输等突出优点，在电热化学炮(ETcG)研究领域得到了广泛应用。

　　实验研究用的PPS通常由充电子系统、脉冲成形子系统、汇流排及大功率传输线、控制与测试子系统、屏蔽与接地子系统等几部分组成。为了避开ETCG发射时剧烈的机械震动和强烈的电磁干扰，实验研究时PPS的控制子系统的电路通常采用远方方式设计和使用。随着ETCG朝实用化方向发展，需要ETCG与PPS诸系统集成一体，从而要求控制电路必须具有优良的抗机械震动性能，并能在强电磁干扰环境中使用。

　　2 控制电路功能

　　PPS工作时，由控制电路对系统各阶段状态进行监测，并根据监测情况发指令进行系统状态跳转。

　　控制电路主要功能是实现PPS的充、放电电控制。

　　通常，充电子系统内部配有过电流、过电压和过热等故障保护或异常告警装置。但这些装置的保护范围一般仅限于充电子系统内部，PPS放电时浪涌电压等外部因素仍可能造成充电设备损坏。因此，在储能单元和充电子系统间还需配置一些隔离和保护电路。图1给出了用于ETCG研究的PPS所配置的充电隔离及保护电路。图1中，充电隔离开关(Kc)和地绝缘隔离开关(Kg)在充电结束后打开，用以防止PPS放电时由负载等因素产生的浪涌高电压通过充电子系统对地放电，可以避免因此所造成的充电设备绝缘损坏;充电输出终端并联了一小容量电容器(Cp)及其安全释能电路(开关Kp、电阻Rp)，目的在于防止空载误充电，以避免在此情况下充电电路末端电压急剧升高损坏充电设备。

图1 充电隔离保护电路

　　脉冲电容器储能后，由控制电路发送命令进行触发放电(ETcG发射)。ETCG发射精度和一致性与PPS储能量密切相关，电容器储能大小与其充电电压的量值平方成正比，因此控制电路必须能精确控制充电电压量值，这可以通过与被充电容器组并联"分压器一电压继电器组"来实现，见图2。

图2 充电电压测控与安全释能电路

　　工作中有可能因安全因素或异常情况需要取消ETCG发射，这种情况下电容器可能已经储存了大量电能。此外，ETCG发射后电容器一般仍存储着一些剩余电能。因此，如图2所示，PPS安装了储能安全释放电路，Kd是安全释能开关，其状态受控于控制电路，Rd为安全释能电阻。

　　因此，控制电路应具备如下基本功能：