阅读说明：本技术 一种高压脉冲电源 (High-voltage pulse power supply ) 是由 杨毅 刘华宜 王涛 古小琴 蔡静 邵璐 于 2019-12-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及高压脉冲技术领域,提供了一种高压脉冲电源,包括内磁环、外磁环、缠绕在所述内磁环上的一级绕组、缠绕在所述外磁环上的二级绕组、用于给所述一级绕组提供电源的输入端以及用于输出所述二级绕组的电压至负载的输出端,所述一级绕组的电压通过传递件传递至所述二级绕组上,所述内磁环和所述外磁环同心设置且所述内磁环的内径小于所述外磁环的内径。本发明的一种高压脉冲电源,使用了双电磁环结构,相比传统的变压器结构,大幅度减少了体积,同时,通过灌胶封装后能够实现较高的工作强度；使用了多级升压方案,利用两级隔离式电磁环结构实现多次升压,使用紧凑结构最终能稳定产生10至15万伏的瞬时高压。(The invention relates to the technical field of high-voltage pulse, and provides a high-voltage pulse power supply which comprises an inner magnetic ring, an outer magnetic ring, a primary winding wound on the inner magnetic ring, a secondary winding wound on the outer magnetic ring, an input end used for providing power for the primary winding, and an output end used for outputting the voltage of the secondary winding to a load, wherein the voltage of the primary winding is transmitted to the secondary winding through a transmission piece, the inner magnetic ring and the outer magnetic ring are concentrically arranged, and the inner diameter of the inner magnetic ring is smaller than that of the outer magnetic ring. According to the high-voltage pulse power supply, the double electromagnetic ring structure is adopted, the size is greatly reduced compared with the traditional transformer structure, and meanwhile, higher working strength can be realized after glue pouring and packaging; a multi-stage boosting scheme is used, multiple boosting is realized by utilizing a two-stage isolation type electromagnetic ring structure, and the instantaneous high voltage of 10-15 ten thousand volts can be stably generated finally by using a compact structure.)

一种高压脉冲电源

技术领域

本发明涉及高压脉冲技术领域，具体为一种高压脉冲电源。

背景技术

随着经济的发展，大气中的污染物呈现出多样化，大量的工业烟气排放导致空气中氮化物和硫化物的含量急剧上升，更是由此引发了许多的环境问题。其中酸雨污染问题尤为显著，大量农作物以及电子设备遭到严重破坏，人们从健康到所有财产都遭受了极大的威胁，而这主要是由工业废气中大量的硫、氮化合物引起的。

针对这种新的大气污染问题，化学方法存在设备庞大、投资及运行费用高、有二次污染等问题，而相比之下低温等离子体烟气脱硫技术，包括电子束法和脉冲电晕法，具有强大市场潜力和应用前景，已然成为一种烟气脱硫脱硝新工艺。其中，脉冲电晕法一次耗费最低。

目前应用于环保领域的脉冲电源主要包括了微秒级脉冲电源和纳秒级脉冲电源。其中微秒级脉冲电源现存的实施方案相对较多，在市场上较为常见；而纳秒级脉冲电源由于变压器漏感等因素的限制，一般通过全固态化方式实现窄脉宽，或者通过脉冲变压器升压，再通过脉冲陡化技术压缩脉冲宽度至纳秒级。脉冲电晕放电脱硫脱硝技术需要在负载侧产生较陡的脉冲上升沿(纳秒级)，传统的微秒级脉冲电源已无法满足该要求，且要求长时间工作，这对于脉冲电源的脉冲宽度、重复频率运行效果、开关寿命等特性都提出了较高的要求，现有技术中，高压脉冲电源普遍存在的电源体积大、结构复杂多，限制了其推广和使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压脉冲电源，通过利用两级隔离式电磁环结构，实现了电压的多级放大，能够稳定产生10至15万伏的瞬时高压，该脉冲电源具备结构紧凑、性能稳定、易于实现等优势，可以广泛的应用于军事、医疗、环保等领域。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种高压脉冲电源，包括内磁环、外磁环、缠绕在所述内磁环上的一级绕组、缠绕在所述外磁环上的二级绕组、用于给所述一级绕组提供电源的输入端以及用于输出所述二级绕组的电压至负载的输出端，所述一级绕组的电压通过传递件传递至所述二级绕组上，所述内磁环和所述外磁环同心设置且所述内磁环的内径小于所述外磁环的内径。

进一步，所述一级绕组包括第一初级绕组和第一次级绕组，所述第一次级绕组相互串联且对称缠绕在所述内磁环上，所述第一初级绕组相互并联且对称缠绕在所述第一次级绕组上，所述给所述一级绕组提供电源的输入端连接所述第一初级绕组的接地端。

进一步，所述二级绕组包括第二初级绕组和第二次级绕组，所述第二次级绕组相互串联且对称缠绕在所述外磁环上，所述第二初级绕组相互并联且对称缠绕在所述第二次级绕组上，所述第一次级绕组通过导线连接所述第二初级绕组，用于输出所述二级绕组的电压至负载的输出端连接所述第二次级绕组。

进一步，所述内磁环的内部设有接地端，所述接地端通过导线连接所述第一初级绕组，所述内磁环和所述外磁环之间设有接地环，所述接地端、所述第二初级绕组和所述第二次级绕组均通过导线连接所述接地环。

进一步，还包括多组升压电容和多组升压电感，多组所述升压电容串联在所述第二次级绕组中，多组所述升压电感与所述第二次级绕组并联。

进一步，所述传递件包括传递电容，所述传递电容设于所述第一次级绕组和所述第二初级绕组之间，且所述传递电容与所述第一次级绕组以及所述第二初级绕组构成回路。

进一步，所述第一初级绕组包括相互并联的第一原边绕组P1、第二原边绕组P2、第三原边绕组P3和第四原边绕组P4，所述第一次级绕组包括相互串联的第一副边绕组S1、第二副边绕组S2、第三副边绕组S3和第四副边绕组S4；所述第一副边绕组S1、所述第二副边绕组S2、所述第三副边绕组S3和所述第四副边绕组S4按照90°的范围均匀、对称的缠绕在所述内磁环1上，所述第一原边绕组P1均匀且对称的缠绕在所述第一副边绕组S1上，所述第二原边绕组P2均匀且对称的缠绕在所述第二副边绕组S2上，所述第三原边绕组P3均匀且对称的缠绕在所述第三副边绕组S3上，所述第四原边绕组P4均匀且对称的缠绕在所述第四副边绕组S4上。

进一步，所述第二初级绕组包括相互并联的第五原边绕组P5、第六原边绕组P6、第七原边绕组P7、第八原边绕组P8、第九原边绕组P9和第十原边绕组P10，所述第二次级绕组包括相互串联的第五副边绕组S5、第六副边绕组S6、第七副边绕组S7、第八副边绕组S8、第九副边绕组S9和第十副边绕组S10；所述第五原边绕组P5、所述第六原边绕组P6、所述第七原边绕组P7、所述第八原边绕组P8、所述第九原边绕组P9和所述第十原边绕组P10按照60°的范围均匀且对称的缠绕在所述外磁环上，所述第五副边绕组S5均匀且对称的缠绕在所述第五原边绕组P5上，所述第六副边绕组S6均匀且对称的缠绕在所述第六原边绕组P6上，所述第七副边绕组S7均匀且对称的缠绕在所述第七原边绕组P7上，所述第八副边绕组S8均匀且对称的缠绕在所述第八原边绕组P8上，所述第九副边绕组S9均匀且对称的缠绕在所述第九原边绕组P9上，所述第十副边绕组S10均匀且对称的缠绕在所述第十原边绕组P10上。

进一步，所述第二次级绕组包括六个并联的升压单元，六个并联的所述升压单元构成可自动完成电压变换和高电压产生的高压发生回路。

进一步，所述输入端通过充电电路连接所述一级绕组，所述充电电路包括输入电源Uin、储能电容C1、第一开关K1和第二开关K2，所述输入电源Uin的输入端为给所述一级绕组提供电源的输入端，所述第一开关K1的一端连接所述输入电源Uin，所述储能电容C1的一端和所述第二开关K2的一端均与所述输入电源Uin的另一端连接，所述储能电容C1的另一端连接所述第一绕组的接地端，所述第二开关K2的另一端连接所述第一绕组的输入端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、使用了双电磁环结构，相比传统的变压器结构，大幅度减少了体积，同时，通过灌胶封装后能够实现较高的工作强度。

2、使用了多级升压方案，利用两级隔离式电磁环结构实现多次升压，使用紧凑结构最终能稳定产生10至15万伏的瞬时高压。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种高压脉冲电源的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种高压脉冲电源的内磁环结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种高压脉冲电源的外磁环结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种高压脉冲电源的第一电路结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种高压脉冲电源的第二电路结构示意图；

附图标记中：1-内磁环、2-一级绕组、201-第一初级绕组、202-第一次级绕组、3-外磁环、4-二级绕组、401-第二初级绕组、402-第二次级绕组、5-输入端、6-输出端、7-接地端、8-接地环、9-传递电容、10-升压电容、11-升压电感。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图4，本发明实施例提供一种高压脉冲电源，包括内磁环、外磁环、缠绕在所述内磁环上的一级绕组、缠绕在所述外磁环上的二级绕组、用于给所述一级绕组提供电源的输入端以及用于输出所述二级绕组的电压至负载的输出端，所述一级绕组的电压通过传递件传递至所述二级绕组上，所述内磁环和所述外磁环同心设置且所述内磁环的内径小于所述外磁环的内径。在本实施例中，内磁环和外磁环为两级隔离式电磁环，其结构紧凑，大幅度减少了体积，优选的，通过灌胶封装后就能够实现较高的工作强度，两级式升压，其中第一次升压可以达到0.5至1万伏特的瞬时高压，第二次升压就能够在200欧姆的负载电阻上输出10至15万伏的瞬时高压。

以下为具体实施例：

优化上述方案，请参阅图1、图2和图3，所述一级绕组2包括第一初级绕组201和第一次级绕组202，第一次级绕组202相互串联且对称缠绕在内磁环1上，第一初级绕组201相互并联且对称缠绕在第一次级绕组202上，所述给所述一级绕组2提供电源的输入端5连接所述第一初级绕组的接地端。

进一步优化上述方案，请参阅图1、图2和图3，所述二级绕组4包括第二初级绕组401和第二次级绕组402，第二次级绕组402相互串联且对称缠绕在外磁环3上，第二初级绕组401相互并联且对称缠绕在第二次级绕组402上，用于输出所述二级绕组4的电压至负载的输出端6连接所述第二次级绕组。

具体的，输入端5连接第一初级绕组201、且用于向第一初级绕组201供电；第一次级绕组202通过导线连接第二初级绕组401；输出端6连接第二次级绕组402、且用于向负载提供脉冲电源；接地端7设置在内磁环1的内部，接地端7通过导线连接第一初级绕组201；接地环8设置在内磁环1和外磁环3之间，接地环8通过导线分别连接接地端7、第二初级绕组401和第二次级绕组402。

作为本发明实施例的优化，请参阅图1、图2和图3，所述传递件包括传递电容9，其中：传递电容9设置在第一次级绕组202和第二初级绕组401之间，传递电容9与第一次级绕组202以及第二初级绕组401构成回路。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1、图2和图3，还包括多组升压电容10和升压电感11，多组升压电容10串联在第二次级绕组402中，多组升压电感11与第二次级绕组402并联。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图4，第一初级绕组201包括相互并联的第一原边绕组P1、第二原边绕组P2、第三原边绕组P3和第四原边绕组P4，第一次级绕组202包括相互串联的第一副边绕组S1、第二副边绕组S2、第三副边绕组S3和第四副边绕组S4，其中：第一副边绕组S1、第二副边绕组S2、第三副边绕组S3和第四副边绕组S4按照90°的范围均匀、对称的缠绕在内磁环1上，第一原边绕组P1、第二原边绕组P2、第三原边绕组P3和第四原边绕组P4均匀、对称的缠绕在对应的副边绕组上；第二初级绕组401包括相互并联的第五原边绕组P5、第六原边绕组P6、第七原边绕组P7、第八原边绕组P8、第九原边绕组P9和第十原边绕组P10，第二次级绕组402包括相互串联的第五副边绕组S5、第六副边绕组S6、第七副边绕组S7、第八副边绕组S8、第九副边绕组S9和第十副边绕组S10，其中：第五原边绕组P5、第六原边绕组P6、第七原边绕组P7、第八原边绕组P8、第九原边绕组P9和第十原边绕组P10按照60°的范围均匀、对称的缠绕在外磁环3上，第五副边绕组S5、第六副边绕组S6、第七副边绕组S7、第八副边绕组S8、第九副边绕组S9和第十副边绕组S10均匀、对称的缠绕在对应的副边绕组上；多组升压电容10包括第一升压电容C3、第二升压电容C4、第三升压电容C5、第四升压电容C6、第五升压电容C7、第六升压电容C8，多组升压电感11包括第一升压电感L1、第二升压电感L2、第三升压电感L3、第四升压电感L4、第五升压电感L5、第六升压电感L6。

作为本发明实施例的优化，请参阅图4和图5，第二次级绕组402包括六个并联的升压单元，其中，以第一升压单元和第二个升压单元为例，包括第一升压电感L1、第一升压电容C3和第五副边绕组S5，第一升压电容C3和第五副边绕组S5串联，第一升压电感L1并联在上述串联电路两端，同时，第二个升压单元包括第二升压电感L2、第二升压电容C4和第六副边绕组S6，第六副边绕组S6和第二升压电容C4串联，并且与上下升压单元中的电容和绕组串联，同时，第二升压电感L2并联在上述串联电路两端。具体的，上述6个LC单元能够构成高压发生回路，自动完成电压变换和高电压产生。

优选的，内磁环1和外磁环3为非晶磁环或锰锌铁氧体磁环。电容为陶瓷电容，电感固态非线绕型层叠电感。

作为本发明实施例的优化方案，所述输入端5通过充电电路连接所述一级绕组2，所述充电电路包括输入电源Uin、储能电容C1、第一开关K1以及第二开关K2，所述输入电源Uin的输入端为给所述一级绕组2提供电源的输入端5，第一开关K1的一端连接输入电源Uin，输入电源Uin的另一端分别连接储能电容C1的一端和第二开关K2的一端，储能电容C1的另一端连接第一初级绕组201的接地端，第二开关K2的另一端连接第一初级绕组201的输入端。实际充电过程如下：首先闭合第一开关K1、打开第二开关K2，利用电源给储能电容C1充电；当电量充满后，打开第一开关K1、闭合第二开关K2，使用储能电容C1向一级绕组2充电。具体的，第一开关K1和第二开关K2可以为晶闸管、IGBT或MOSFET中的一种。

具体工作时：当储能电容C1充电完成后，闭合第二开关K2，实现第一初级绕组201的充电，由于第一初级绕组201的多个绕组是并联结构、且第一次级绕组202的多个绕组是串联结构，实现了电源的第一次升压，通过匹配匝数比，第一次升压后，在传递电容9上可以获取0.5至1万伏特的瞬时高压，图4中传递电容9用符号C2表示，当传递电容9充电结束开始放电时，第二初级绕组401开始充电，由于第二初级绕组401是并联结构且第二次级绕组402是串联结构，即可实现二次升压，在负载电阻200欧姆上可获得12万伏特的瞬时高压。在15Hz连续运行情况下，高压产生一致性好、稳定可靠，实现了小体积下的高压产生。

优选的，还可以添加第三开关K3，第三开关K3设置在传递电容9和第一次级绕组202，如图5所示，第三开关K3的设置可以更高效的利用传递电容9中的能量，当传递电容9充电时第三开关K3闭合，当传递电容9放电时第三开关K3断开，第三开关K3可以为晶闸管、IGBT或MOSFET中的一种，使用第三开关K3时可以配合安装电流传感器以实现第三开关K3精准控制。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。