本發(fā)明涉及電子信息技術領域，尤其涉及但不僅僅涉及一種用于螺線管激勵的數控脈沖電源的系統(tǒng)。

背景技術：

螺線管指的是多重卷繞的導線，卷繞內部可以是空心的，也可以包含一個磁芯。當有電流通過導線時，螺線管內部會產生勻強磁場。通過控制螺線管線圈上的電流大小，可以控制線圈內部產生的勻強磁場的磁場強度。

單片微型計算機(single-chip microcomputer)，又稱微控制器(microcontroller)，是把中央處理器、存儲器、定時/計數器(timer/counter)等各種輸入輸出接口等都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。它的最大優(yōu)點是體積小，可放在儀表內部，但存儲量小，輸入輸出接口簡單，功能較低。由于其發(fā)展非常迅速，舊的單片機的定義已不能滿足，所以在很多應用場合被稱為范圍更廣的微控制器。利用單片機作為數字系統(tǒng)的主控制器，具有低成本，高可靠性，高精度等優(yōu)勢，同時開發(fā)過程便于模塊化，可以方便地實現(xiàn)功能更新、系統(tǒng)升級。

絕緣柵型雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，是半導體器件的一種，主要用于電動車輛、鐵路機車及動車組的交流電電動機的輸出控制。傳統(tǒng)的BJT導通電阻小，但是驅動電流大，而MOSFET的導通電阻大，卻有著驅動電流小的優(yōu)點。IGBT正是結合了這兩者的優(yōu)點：不僅驅動電流小，導通電阻也很低。

開關電源(Switching Mode Power Supply)，又稱交換式電源、開關變換器，是一種高頻化電能轉換裝置。其功能是將一個位準的電壓，透過不同形式的架構轉換為用戶端所需求的電壓或電流。與傳統(tǒng)的線性電源相比，開關電源的優(yōu)勢在于效率高(此處的效率可以簡單的看作輸入功率與輸出功率之比)，加之開關晶體管工作于開關狀態(tài)，損耗較小，發(fā)熱較低，不需要體積/重量非常大的散熱器，因此體積較小、重量較輕。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及電源，尤其涉及但不僅僅涉及物理實驗用螺線管激勵脈沖電源系統(tǒng)。

常常需要一種脈沖電源系統(tǒng)用于螺線管的勵磁過程，且尤其相對于物理學實驗中會產生這種需求。

物理學實驗對螺線管激勵的需求具有一定的不確定性，因此需要一種可數字控制的螺線管激勵用脈沖電源系統(tǒng)。

因此，本發(fā)明認識到期望對更高效率和/或成本效益和/或配置靈活性的考慮。

本發(fā)明設法提供一種螺線管激勵用數控脈沖電源系統(tǒng)，該電源由于已知的這種電源。

在具體的實驗需求中，需要對一螺線管(內阻為1Ω，電感為1mH左右)施加峰值為200A/5ms左右的脈沖電流激勵，并要求電流峰值連續(xù)可調。

根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種電源，包括：一個高壓電容器陣列2，用于儲存和提供螺線管激勵瞬間的電能量。

高壓電容器陣列應由一組16個具有足夠高耐壓值和足夠低等效串聯(lián)電阻的脈沖放電用高壓電接電容并聯(lián)組成。

針對高壓電容器陣列2，需要實現(xiàn)一個電容陣列充放電控制電路1，用于對高壓電容器陣列2實現(xiàn)特定模態(tài)的充電過程。

通過摘要附圖中的算法12，電容陣列充放電控制電路1實現(xiàn)對高壓電容器陣列2的可控充電，實現(xiàn)電能量的儲存。

電容陣列充放電控制電路1還控制螺線管脈沖激勵的產生。因此，需要IGBT驅動電路3和大功率IGBT 4接通高壓電容器陣列2和負載螺線管6。

可以包括瞬態(tài)電流測量電路5，該測量電路對高壓電容器陣列2的放電過程進行監(jiān)測，同時可以但不一定必須對控制過程進行反饋調整。

作為進一步特征，電容陣列充放電控制電路1包括如圖2所示的液晶顯示與按鍵電路7，ADuCM360微控制器8，反激型升壓開關電源電路9，模擬電壓調理電路10和高速過壓關斷電路11。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)整體框架示意圖；

圖2是本發(fā)明的電容充放電控制電路結構示意圖；

圖3是本發(fā)明的電路仿真結果。

具體實施方式

下面結合附圖和特定的實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。

在一個特定的實施例中，針對具體應用中產生的螺線管線圈瞬時大電流激勵問題，根據圖1提供的整體框架示意圖和圖3提供的電容充放電控制電路結構示意圖，實現(xiàn)了一種基于微控制器、開關電源和IGBT的數控螺線激勵系統(tǒng)。

該系統(tǒng)可以對螺線管線圈施加可控峰值的瞬時大電流激勵，并具有簡單友好的人機交互接口，并能在20W左右的輸入功率的情況下對典型螺線管(1Ω，1mH)施加高達200A的脈沖電流激勵。

其中，電容陣列充放電控制電路1是本系統(tǒng)的核心部分。

電容陣列充放電控制電路1通過單片機控制一個1∶10的反激型開關電源來對高壓電容陣列2進行充電，并實時監(jiān)控充電的狀態(tài)。

根據用戶通過液晶顯示與按鍵電路7設定的峰值放電電流大小計算出高壓電容器陣列2充電的終點電壓，并通過一個由模擬高速比較器和信號調理電路組成的高速電壓反饋電路，使高壓電容器陣列2充電到所需的電壓。

放電時，電容陣列充放電控制電路1通過隔離的IGBT驅動電路，單片機發(fā)出的放電信號被進行電流放大以驅動大功率IGBT 4，接通已充電的高壓電容器陣列2與負載螺線管6，對負載螺線管6施加電流激勵。

高壓電容器陣列2與負載螺線管6形成一個二階LCR震蕩電路，在階躍激勵的作用下產生震蕩，其峰值電流可控。

轉向圖2，電容陣列充放電控制電路1以ADuCM360微控制器8為控制核心，搭配外圍的液晶顯示與按鍵電路7、模擬電壓調理電路10、高速過壓關斷電路11、反激型升壓開關電源電路9，實現(xiàn)高壓電容器陣列2的可控電壓充電。

ADuCM360微控制器8采集高壓電容器陣列2的充電電壓和電流信號，實現(xiàn)對充電過程的監(jiān)測。

ADuCM360微控制器8中用戶設定的充電終點電壓通過ADuCM360微控制器8內部的DAC以電壓形式輸出，經模擬電壓調理電路10送入高速過壓關斷電路11。

高速過壓關斷電路11，在高壓電容器陣列2充電達到終點電壓時輸出充電截止信號至ADuCM360微控制器8，結束充電過程。

在需要產生脈沖激勵的時刻，ADuCM360微控制器8發(fā)出電容陣列放電信號，經光電耦合器隔離并輸出至IGBT驅動電路3，經電流放大后輸入至大功率IGBT 4，控制大功率IGBT 4瞬間飽和導通，高壓電容器陣列2上的能量在高壓電容器陣列2與負載螺線管6之間發(fā)生震蕩，產生所需的脈沖電流。

圖3是系統(tǒng)的Spice仿真結果?？梢钥吹剑谪撦d螺線管6上產生了脈沖狀的電流激勵，其峰值電流與放電瞬間電容上的電壓呈現(xiàn)近似線性關系。特別地，通過此關系，可以由所需的峰值電流推算出高壓電容器陣列2的充電截止電壓，進而實現(xiàn)對螺線管6的可控峰值的脈沖電流激勵。