本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合脈沖發(fā)生電路。

背景技術(shù)：
由于脈沖的通斷特性，使得在電極之間可產(chǎn)生高強(qiáng)度的交變脈沖電場，從而能實現(xiàn)直流電場條件下難以實現(xiàn)的現(xiàn)象或效果，因此被廣泛應(yīng)用于表面處理、金屬加工、污水處理以及軍工航天等領(lǐng)域。脈沖電源在不同的使用條件下對脈沖波形的形狀往往有特殊的要求，負(fù)載環(huán)境和用途不同，所需脈沖模式和電壓等級不同，甚至在工作狀態(tài)圖中不同時刻需要不同的脈沖類型和幅值。脈沖波形的形狀對相應(yīng)的應(yīng)用場合的處理效果往往會有較大影響。常見的脈沖波形有矩形波、三角波、梯形波、鋸齒波等脈沖形狀。矩形波脈沖屬于應(yīng)用較多的一種，由矩形波演變過來的脈沖形式主要有單向方波脈沖、直流疊加方波脈沖、雙極性方波等脈沖形式，以雙極性方波脈沖應(yīng)用較多。當(dāng)前，雙極性方波脈沖發(fā)生電路主要分為兩類：第一類為雙向等幅方波脈沖發(fā)生電路，該類電路的特點是所發(fā)脈沖正向幅值與反向幅值相等。名稱為“一種脈沖發(fā)生器”的發(fā)明專利，公開號為CN102437773A，公開日期為2012.05.02，公開了一種雙極性脈沖電路，其雖然利用電感電容儲能放電的方法實現(xiàn)了雙極性脈沖輸出，實現(xiàn)簡單，但僅能實現(xiàn)正負(fù)向脈沖個 數(shù)1：1對稱型交流脈沖輸出，應(yīng)用范圍受到限制，且脈沖參數(shù)調(diào)節(jié)較難。名稱為“雙極脈沖電源及并聯(lián)多臺該雙極脈沖電源的電源裝置”的一項發(fā)明，公開號為CN102047548A，公開日期為2011.05.04，提到了一種脈沖發(fā)生電路，通過控制全橋電路中的開關(guān)器件實現(xiàn)了雙極性脈沖輸出，既可以實現(xiàn)正負(fù)向脈沖個數(shù)1：1的對稱雙極性脈沖輸出，也可實現(xiàn)正負(fù)脈沖個數(shù)不等的雙極性脈沖輸出，控制方式較為靈活，但無法適用于要求正負(fù)向脈沖幅值不等場合。由于雙向等幅方波脈沖正負(fù)向幅值不可調(diào)或幅值調(diào)節(jié)量相等，因此這類電路在于對某些需要正負(fù)幅值需要不對稱的場合無法滿足性能要求，適用范圍往往受到限制。第二類為雙向非等幅方波脈沖發(fā)生電路，這類電路的特點是所發(fā)脈沖正負(fù)向幅值可以獨立調(diào)節(jié)，實現(xiàn)非對稱型脈沖輸出。名稱為“用于微弧氧化的高頻大功率多波形電源”的發(fā)明，公開號為CN1523745A，公開日期為2004.08.25，公開了一種雙極性脈沖的電源裝置，其通過控制兩個直流電源之間的四個開關(guān)器件實現(xiàn)了多波形輸出，但由于所需脈沖幅值可調(diào)，因此裝置需提供兩路幅值可調(diào)直流電源，電路拓?fù)浜涂刂品绞捷^為復(fù)雜，且大大增加了裝置的成本。名稱為“超快變換變極性方波電流弧焊電源裝置”發(fā)明，專利公開號為CN101125389A，公開日期為2008.2.20，公開了一種可產(chǎn)生雙極性脈沖的電源裝置，其將直流電壓源和全橋變換電路組合，首先采用逆變法將直流電轉(zhuǎn)化為一定的電壓脈沖，然后將此脈沖電壓疊加在一個輔助直流源上，形成雙極性脈沖，但該裝置需要一個額外的輔助電源，電路拓?fù)漭^為復(fù)雜。文獻(xiàn)《變極性微弧氧化脈沖電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究》中提出了一種用于微 弧氧化電源雙極性脈沖發(fā)生電路，通過在直流母線上分出兩路獨立控制，一路產(chǎn)生直流電壓基準(zhǔn)，另一路產(chǎn)生脈沖，疊加在負(fù)載兩端，形成幅值可調(diào)的雙極性脈沖，但其本質(zhì)上相當(dāng)于一個等效的輔助電源，電路拓?fù)浜涂刂品绞椒浅?fù)雜。雙向非等幅方波脈沖發(fā)生電路由于正負(fù)向脈沖幅值不等，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較廣，但目前該類脈沖發(fā)生電路一般需要一個或多個輔助直流源，成本較高，電路結(jié)構(gòu)及控制方式都較為復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合脈沖發(fā)生電路，解決了現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)不合理，應(yīng)用范圍受限制的問題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種復(fù)合脈沖發(fā)生電路，包括直流源，直流源的正極與開關(guān)管S1的集電極和二極管D1的陰極連接，直流源1的負(fù)極與二極管D2的陽極和開關(guān)管S2的發(fā)射極連接；開關(guān)管S1的發(fā)射極分別與二極管D2的陰極和耦合電感Lm的a端同時連接，二極管D1的陽極分別與開關(guān)管S2的集電極和耦合電感Lm的b端同時連接，開關(guān)管S1的集電極和二極管D1陰極與負(fù)載的正用導(dǎo)線連接，耦合電感Lm的c端與負(fù)載的負(fù)用導(dǎo)線連接。本發(fā)明所述的復(fù)合脈沖發(fā)生電路，其特點還在于：所述的直流源選用整流電路或DC-DC變換電路。所述的開關(guān)管S1、S2選用IGBT、MOSFET或IGCT的全控型開關(guān)器件。本發(fā)明的有益效果是：（1）該復(fù)合脈沖發(fā)生電路拓?fù)浠隈詈想姼袑崿F(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)多種脈沖輸出，特別是無需額外的輔助電源可實現(xiàn)雙向多電平脈沖輸出。（2）該復(fù)合脈沖發(fā)生電路無需電路改動，僅控制開關(guān)管的開通關(guān)斷即可 實現(xiàn)雙向多電平非對稱脈沖、雙極性非對稱脈沖、單極性脈沖、直流等多種輸出方式。（3）該復(fù)合脈沖發(fā)生電路可應(yīng)用在中大功率場合，可以通過開關(guān)器件的擴(kuò)容方式和脈沖拓?fù)涞牟⒙?lián)方式擴(kuò)大容量至更高。（4）該復(fù)合脈沖發(fā)生電路可以直接在原有直流源上進(jìn)行改造，簡單靈活。（5）該復(fù)合脈沖發(fā)生電路可以實現(xiàn)寬范圍頻率輸出。（6）該復(fù)合脈沖發(fā)生電路可以實現(xiàn)導(dǎo)通周期，脈沖寬度的靈活調(diào)節(jié)。本發(fā)明的復(fù)合脈沖發(fā)生電路，適合于微弧氧化的應(yīng)用需求，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向多電平非對稱脈沖、雙極性非對稱、單極性脈沖和直流等多種形式輸出，電路拓?fù)浜涂刂品绞胶唵?，特別是在無需輔助電源即可實現(xiàn)雙向多電平非對稱脈沖輸出，從而實現(xiàn)良好的膜層效果。該電路還適用于磁控濺射等表面處理設(shè)備以及弧焊電源等脈沖電源，在工業(yè)生產(chǎn)中有良好的應(yīng)用前景。附圖說明圖1是本發(fā)明復(fù)合脈沖發(fā)生電路的電路拓?fù)鋱D；圖2為本發(fā)明復(fù)合脈沖發(fā)生電路在雙向多電平非對稱脈沖模式下工作模態(tài)1.1的工作狀態(tài)圖；圖3為本發(fā)明復(fù)合脈沖發(fā)生電路在雙向多電平非對稱脈沖模式下工作模態(tài)1.2的工作狀態(tài)圖；圖4為本發(fā)明復(fù)合脈沖發(fā)生電路在雙向多電平非對稱脈沖模式下工作模態(tài)1.3的工作狀態(tài)圖；圖5為本發(fā)明復(fù)合脈沖發(fā)生電路在雙向多電平非對稱脈沖模式下工作模態(tài)1.4的工作狀態(tài)圖；圖6為本發(fā)明復(fù)合脈沖發(fā)生電路在雙向多電平非對稱脈沖模式下工作模 態(tài)1.5的工作狀態(tài)圖；圖7為本發(fā)明復(fù)合脈沖發(fā)生電路在雙極性非對稱模式下工作模態(tài)2.1的工作狀態(tài)圖；圖8為本發(fā)明復(fù)合脈沖發(fā)生電路在雙極性非對稱模式下工作模態(tài)2.2的工作狀態(tài)圖；圖9為本發(fā)明復(fù)合脈沖發(fā)生電路在雙極性非對稱模式下工作模態(tài)2.3的工作狀態(tài)圖；圖10為本發(fā)明復(fù)合脈沖發(fā)生電路在雙極性非對稱模式下工作模態(tài)2.4的工作狀態(tài)圖；圖11為本發(fā)明復(fù)合脈沖發(fā)生電路在單極性模式下工作模態(tài)3.1的工作狀態(tài)圖；圖12為本發(fā)明復(fù)合脈沖發(fā)生電路在單極性模式下工作模態(tài)3.2的工作狀態(tài)圖；圖13為本發(fā)明復(fù)合脈沖發(fā)生電路在直流模式下工作模態(tài)4的工作狀態(tài)圖；圖14是本發(fā)明復(fù)合脈沖發(fā)生電路在雙向多電平非對稱脈沖模式下的工作波形；圖15是本發(fā)明復(fù)合脈沖發(fā)生電路在雙極性非對稱脈沖模式下的工作波形；圖16是本發(fā)明復(fù)合脈沖發(fā)生電路在單極性脈沖模式下的工作波形；圖17是本發(fā)明復(fù)合脈沖發(fā)生電路在直流模式下的工作波形。圖中，1.直流源，2.脈沖變換器電路，另外，S1、S2代表開關(guān)管，D1、D2代表二極管，Lm代表耦合電感，Uo 代表負(fù)載電壓。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1，本發(fā)明復(fù)合脈沖發(fā)生電路的電路拓?fù)?，包括直流?和脈沖變換器電路2，脈沖變換器電路2內(nèi)部包括開關(guān)管S1、S2，二極管D1、D2，以及耦合電感Lm，具體的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是：直流源1的正極與開關(guān)管S1的集電極和二極管D1的陰極連接，直流源1的負(fù)極與二極管D2的陽極和開關(guān)管S2的發(fā)射極連接；開關(guān)管S1的發(fā)射極分別與二極管D2的陰極和耦合電感Lm的a端同時連接，二極管D1的陽極分別與開關(guān)管S2的集電極和耦合電感Lm的b端同時連接，開關(guān)管S1的集電極和二極管D1陰極與負(fù)載的正用導(dǎo)線連接，耦合電感Lm的c端與負(fù)載的負(fù)用導(dǎo)線連接。直流源1選用所有可提供穩(wěn)定直流電壓或電流的電路，如整流電路或DC-DC變換電路。開關(guān)管S1、S2均選用IGBT、MOSFET或IGCT等所有全控型開關(guān)器件。本發(fā)明復(fù)合脈沖發(fā)生電路在不同模式下的使用方法是，第一種，當(dāng)所需電路類型為雙向多電平非對稱脈沖發(fā)生電路即電路工作于雙向多電平非對稱脈沖模式時，具體按以下步驟操作：步驟1、如圖2，即電路工作在工作模態(tài)1.1的工作狀態(tài)圖，開關(guān)管S1關(guān)斷，開關(guān)管S2開通，電流由直流源1的正極經(jīng)過負(fù)載、耦合電感cb端、開關(guān)管S2到直流源1的負(fù)極。此時輸出電壓Uo等于直流源電壓U；步驟2、如圖3，即電路工作在工作模態(tài)1.2的工作狀態(tài)圖，開關(guān)管S1開通，開關(guān)管S2關(guān)斷，電流由耦合電感b端經(jīng)過二極管D1、開關(guān)管S1到耦 合電感c端。此時輸出電壓Uo等于零；步驟3、如圖4，即電路工作在工作模態(tài)1.3的工作狀態(tài)圖，開關(guān)管S1開通，開關(guān)管S2開通，直流源1正極經(jīng)過負(fù)載、耦合電感cb端、開關(guān)管S2到電源1的負(fù)極，另一方面直流源1正極經(jīng)過開關(guān)管S1、耦合電感ca端、耦合電感cb端到直流源1的負(fù)極。此時輸出電壓Uo等于耦合電感ca端的電壓-Um；步驟4、如圖5，即電路工作在工作模態(tài)1.4的工作狀態(tài)圖，開關(guān)管S1開通，開關(guān)管S2關(guān)斷，電流由耦合電感b端經(jīng)過二極管D1、開關(guān)管S1到耦合電感c端。此時輸出電壓Uo等于零；步驟5、如圖6，即電路工作在工作模態(tài)1.5的工作狀態(tài)圖，開關(guān)管S1關(guān)斷，開關(guān)管S2關(guān)斷，一方面電流由耦合電感b端經(jīng)過二極管D1、負(fù)載到耦合電感c端，另一方面電流由耦合電感b端經(jīng)過二極管D1、直流源、二極管D2、耦合電感a端到耦合電感c端。此時輸出電壓Uo等于耦合電感ca端的電壓Um和直流源電壓U之和；步驟6、重復(fù)步驟1、2、3、4、5過程N(yùn)次，N為大于等于0的整數(shù)；電路工作在雙向多電平非對稱脈沖模式下，工作波形如圖14所示。第二種，當(dāng)所需電路類型為雙極性非對稱脈沖電路即電路工作在雙極性非對稱脈沖模式時，具體按以下步驟操作：步驟1、如圖7，即工作在工作模態(tài)2.1的工作狀態(tài)圖，開關(guān)管S1關(guān)斷，開關(guān)管S2開通，電流由直流源1的正極經(jīng)過負(fù)載、耦合電感cb端、開關(guān)管S2到直流源1的負(fù)極。此時輸出電壓Uo等于電源電壓U；步驟2、如圖8，即工作在工作模態(tài)2.2的工作狀態(tài)圖，開關(guān)管S1開通，開關(guān)管S2關(guān)斷，電流由耦合電感b端經(jīng)過二極管D1、開關(guān)管S1到耦合電感 c端。此時輸出電壓Uo等于零；步驟3、重復(fù)步驟1、2過程N(yùn)次，N為大于等于0的整數(shù)；步驟4、如圖9，即電路工作在工作模態(tài)2.3的工作狀態(tài)圖，開關(guān)管S1開通，開關(guān)管S2開通，直流源1正極經(jīng)過負(fù)載、耦合電感cb端、開關(guān)管S2到電源1的負(fù)極，另一方面直流源1正極經(jīng)過開關(guān)管S1、耦合電感ca端、耦合電感cb端到電源1的負(fù)極。此時輸出電壓Uo等于耦合電感ca端的電壓-Um；步驟5、如圖10，即電路工作在工作模態(tài)2.4的工作狀態(tài)圖，開關(guān)管S1關(guān)斷，開關(guān)管S2開通，電流由耦合電感b端經(jīng)過二極管D1、開關(guān)管S1到耦合電感c端。此時輸出電壓Uo等于零；步驟6、重復(fù)步驟4、5過程N(yùn)次，N為大于等于0的整數(shù)；電路工作在雙極性非對稱脈沖模式下，工作波形如圖15所示。第三種，當(dāng)所需電路類型為單極性脈沖發(fā)生電路即電路工作在單極性脈沖模式時，具體按以下步驟操作：步驟1、如圖11，即工作模態(tài)3.1的工作狀態(tài)圖，開關(guān)管S1關(guān)斷，開關(guān)管S2導(dǎo)通，電流從直流源1的正極經(jīng)過負(fù)載、耦合電感cb端、開關(guān)管S2到直流源1負(fù)極，此時輸出電壓等于直流源電壓U；步驟2、如圖12，即工作模態(tài)3.2的工作狀態(tài)圖，開關(guān)管S1關(guān)斷，開關(guān)管S2關(guān)斷，電路中無電流回路，此時Uo等于零；步驟3、重復(fù)步驟1、2過程N(yùn)次，N為大于等于0的整數(shù)；電路工作在單極性脈沖模式下，工作波形如圖16所示。第四種，當(dāng)所需電路類型為直流電路即電路工作在直流模式時，具體按以下步驟操作：步驟1、如圖13，即工作模態(tài)4的工作狀態(tài)圖，開關(guān)管S1關(guān)斷，開關(guān)管S2導(dǎo)通，電流從直流源1的正極經(jīng)過負(fù)載、耦合電感cb端、開關(guān)管S2到直流源1負(fù)極，此時輸出電壓等于直流源電壓U；步驟3、重復(fù)步驟1過程N(yùn)次，N為大于等于0的整數(shù)；電路工作在直流模式下，工作波形如圖17所示。本發(fā)明的復(fù)合脈沖發(fā)生電路，通過控制開關(guān)管S1、S2的開通和關(guān)斷，實現(xiàn)了雙向多電平非對稱脈沖、雙極性非對稱、單極性脈沖和直流等多種波形輸出，電路結(jié)構(gòu)和控制方式簡單，特別是無需輔助電源即可實現(xiàn)雙向多電平脈沖輸出，該電路還適用于磁控濺射等表面處理設(shè)備以及弧焊電源等脈沖電源，在工業(yè)生產(chǎn)中有良好的應(yīng)用前景。