本實用新型涉及高壓電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于可移動環(huán)境的高壓電源。

背景技術(shù)：

小型化、重頻化脈沖功率技術(shù)的發(fā)展使得一些緊湊型重頻脈沖功率裝置具有便攜化應(yīng)用的能力，可以在戶外環(huán)境下移動使用。戶外應(yīng)用環(huán)境的重要特點是配套的電源供電能力比較有限，例如某些常用的蓄電池組供電參數(shù)在32 V/1 kW以內(nèi)。然而重頻脈沖功率裝置運行時對電源要求很高，一些高參數(shù)裝置充電電壓大于100 kV，充電功率大于10 kW。因而蓄電池組電源參數(shù)遠遠不能滿足這樣的需求。

高壓電源是一種利用低電壓輸入實現(xiàn)高電壓輸出的裝置?，F(xiàn)有高壓電源的實現(xiàn)方法主要有變壓器升壓和多倍壓整流兩種。采用變壓器實現(xiàn)32 V至100 kV升壓，由于變壓器的變比過高，其寄生電容參數(shù)顯著，一般難以滿足性能需求；采用多倍壓整流方法，電源功率密度一般不能做得很高，影響電源裝置的緊湊化與小型化。此外，現(xiàn)有的高壓電源均沒有涉及輸入功率小于輸出功率的使用情況，無法在上述低輸入功率條件下使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種用于可移動環(huán)境的高壓電源及產(chǎn)生方法。針對移動環(huán)境下高參數(shù)脈沖功率源的供電需求，提供一種高壓電源，可以利用小型蓄電池組（典型電壓24 V-32 V，功率小于1 kW）供電條件實現(xiàn)瞬時高壓（即高壓電源輸出端輸出交流電壓值m*N*V的典型電壓大于100kV）、大功率（即高壓電源輸出端輸出直流功率的功率值m*P大于10 kW）輸出參數(shù)。電容器組的電極與供電電源（外部）以及多個逆變器的直流輸入端并聯(lián)連接，每個逆變器的交流輸出端分別對應(yīng)與一個變壓器的初級線圈連接，每個變壓器的次級線圈與一個整流器的交流輸入端連接，n個整流器的直流輸出端通過導(dǎo)線串聯(lián)（級聯(lián)）連接，該串聯(lián)（級聯(lián)）結(jié)構(gòu)的一端接輸出地，另一端接輸出高壓端。高壓電源運行時輸出的電能主要由所述電容器組提供，可以在所述電容器組有足夠儲能的條件下運行；高壓電源運行間隙使用外部電源對所述電容器組進行充電；所述電容器組具有較高的容量，可以滿足負載多次充電需求。

本實用新型采用的技術(shù)方案是這樣的：

一種用于可移動環(huán)境的高壓電源包括：

電容器組，電容器組正極、電容器組負極分別對應(yīng)與供電電源正極、供電電源負極連接；供電電源給電容器組進行充電，充電完畢時，則供電電源斷開充電；

直流轉(zhuǎn)交流模塊，包括n個直流轉(zhuǎn)交流電路，每個直流轉(zhuǎn)交流電路用于將電容器組輸出的電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓V，所述電路額定輸出功率P；所述電容器組的正極、電容器組的負極分別對應(yīng)與n個所述直流轉(zhuǎn)交流電路的直流正輸入端、負輸入端并聯(lián)連接；電源控制器n個控制端分別對應(yīng)與n個直流轉(zhuǎn)交流電路控制端連接； n最小值為2；

變壓器組，包括與直流轉(zhuǎn)交流電路數(shù)量對應(yīng)的n個高頻變壓器，變壓器用于將直流轉(zhuǎn)交流模塊輸出的交流電壓變換為N倍；n個交流輸出端分別對應(yīng)與n個變壓器初級線圈對應(yīng)連接，其中N是變壓器次級線圈與初級線圈的比值；

整流器組，包括n個整流器，n個整流器交流輸入端分別與n個變壓器次級線圈連接，n個整流器輸出端依次級聯(lián)，即第一級整流器一輸出端接地，第一級整流器另一輸出端與第二級整流器一輸出端連接，第二級整流器另一輸出端與第三級整流器一輸出端連接……第n-2級整流器另一輸出端與第n-1級整流器一輸出端連接，第n-1級整流器另一輸出端與第n級整流器一輸出端連接，第n級整流器另一輸出端作為高壓電源輸出端；

變壓器組和整流器組設(shè)置在高壓箱體內(nèi)部；電容器組、直流轉(zhuǎn)交流模塊、電源控制器設(shè)置在高壓箱體外部，高壓箱體內(nèi)部采用絕緣介質(zhì)填充; 高壓箱體是封閉式結(jié)構(gòu)。

進一步的，所述電容器組供電，電源控制器控制m個直流轉(zhuǎn)交流電路導(dǎo)通時，則與該直流轉(zhuǎn)交流電路連接的變壓器對直流轉(zhuǎn)交流電路輸出的交流電壓進行N放大，與該變壓器連接的整流器輸出直流電壓，m∈n，高壓電源輸出端輸出直流電壓值是m*N*V，輸出直流功率是m*P，其中電容器組需要預(yù)先通過供電電源正、負極進行充電。

進一步的，所述變壓器初、次級線圈絕緣強度大于或等于高壓電源額定輸出電壓；

進一步的，所述直流轉(zhuǎn)交流模塊是高頻逆變器；整流器是通過四個高壓二極管組成全橋結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。

進一步的，所述電源控制器安裝在電容器組的一個側(cè)面上；逆變器組設(shè)置在電容器組另一側(cè)面；n個變壓器均勻設(shè)置在電容器組上方，n個整流器對應(yīng)設(shè)置在n個變壓器上方。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是：

1、采用電容器組作為中間儲能器件，對充電功率沒有要求，可以在供電電源功率較低的情況下（典型充電功率小于1 kW）使用。

2、采用電容器組作為中間儲能器件，可以提供較高的放電功率，從而持續(xù)一段時間內(nèi)實現(xiàn)高壓電源輸出功率遠大于充電功率（典型放電功率大于10 kW），該持續(xù)時間受所述儲能電容器容量、電壓和放電負載特性影響；

3、利用變壓器進行升壓隔離，多個整流器之間形成浮地電位，通過串聯(lián)連接進行電壓的疊加，可以實現(xiàn)很高的升壓比；以24 V輸入，100 kV輸出為例，升壓比大于4000。

4、采用n個整流電路輸出端依次級聯(lián)的連接運行方式，通過電壓疊加實現(xiàn)較高的電壓輸出，最高輸出電壓為所有整流器輸出直流電壓之和；每個元器件（變壓器、半導(dǎo)體開關(guān)等）的額定電壓參數(shù)較低，選型和設(shè)計更為容易。

5、開關(guān)逆變器、變壓器、整流器構(gòu)成了標準化、模塊化的結(jié)構(gòu)，可以方便地替換，或者按需增減，以實現(xiàn)不同的參數(shù)配置。

附圖說明

圖1是當(dāng)n=3時，發(fā)明電路原理實施例圖。

圖2是當(dāng)n=3時，發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是是當(dāng)n=3時，發(fā)明封閉高壓箱體后的結(jié)構(gòu)示意圖。

1-供電電源負極；2-供電電源正極；3-高壓地端；4-高壓輸出端；5-電容器組；6-IGBT開關(guān)；7-續(xù)流二極管；8-變壓器；9-高壓二極管；10-電源控制器；11-逆變器；12-整流器；13-高壓箱體。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細的說明。

為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

本實用新型相關(guān)說明：

本實用新型相關(guān)說明：

1、直流轉(zhuǎn)交流電路控制端指的是高壓逆變器控制端，此控制端用于控制高壓逆變器工作與否。

如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型的高壓電源包括一個電容器組5、三個變壓器8、三個開關(guān)逆變器11、三個整流器12以及一個高壓箱體13（箱體材料是絕緣材料）。

工作原理：如圖1所示，本實施方式主電路基本結(jié)構(gòu)為“逆變-升壓-整流-串聯(lián)”的升壓變換電路。利用電容器組5放電功率高的特點，可以使高壓電源一定時間內(nèi)的輸出功率遠大于其輸入功率；利用變壓器8進行高壓隔離，多個整流器12之間形成浮地電位，通過整流器級聯(lián)連接可以實現(xiàn)高壓交流電壓的疊加。

結(jié)構(gòu)：如圖1和圖2所示，電容器組5具有供電負極1和供電正極2兩個引出電極，用于實現(xiàn)電能的輸入與輸出運行。三個交流逆變器11安裝在電容器組5外殼的一個側(cè)面上；逆變器11內(nèi)部的功能電路由多個IGBT開關(guān)6、多個續(xù)流二極管7組成，逆變器用于將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓。電源控制器10安裝在電容器組5的一個側(cè)面上。三個變壓器8設(shè)置在電容器組5上方，每四個高壓二極管9組成一個整流器12，并設(shè)置在一個變壓器8上方。外部供電電源通過導(dǎo)線與供電負極1和供電正極2連接，用于對儲能電容5進行充電操作。每個交流逆變器11的直流輸入端通過導(dǎo)線與供電負極1和供電正極2連接，其交流輸出端通過導(dǎo)線與一個變壓器8的初級線圈連接。每個變壓器8的次級線圈通過導(dǎo)線與一個整流器12的交流輸入端連接，如此可在整流器的直流端得到直流高壓輸出。三個整流器12的直流輸出端使用導(dǎo)線串聯(lián)連接，以此獲得三倍的電壓增益。第一級整流器的一端為高壓地端3，與高壓地連接；最后一級整流器的一端為高壓輸出端4，與負載連接。電源控制器10使用排線與每個開關(guān)逆變器連接，實現(xiàn)電源控制功能。

如圖2和圖3所示，本實用新型中三個變壓器8、三個整流器12均設(shè)置在高壓箱體13內(nèi)部。高壓箱體13為全密封結(jié)構(gòu)，內(nèi)部填充有絕緣介質(zhì)。本實施方式中每組逆變、升壓、整流過程可以得到峰值10 kV/1 kW左右的直流電壓，經(jīng)三個整流器12級聯(lián)后得到最大30 kV/3 kW的高壓輸出；高壓箱體13內(nèi)部采用有機硅凝膠填充，絕緣強度為120 kV；變壓器8初、次級線圈間采用相同有機硅凝膠填充，絕緣強度為120 kV。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。