关于脉冲功率电源的介绍
脉冲功率技术
目录目录 0摘要 (1)一、脉冲功率技术的发展历史及现状 (2)二、脉冲功率技术的储能技术 (4)2.1惯性储能 (4)2.1.1直流发电机 (5)2.1.2单极脉冲发电机（HPG） (5)2.1.3同步发电机 (6)2.1.4主动补偿脉冲发电机 (7)2.2电容储能 (8)2.2.1电容器组放电 (8)2.2.2电容器组放电技术要点 (8)2.3电感储能 (9)2.3.1电感与电容器储能密度比较 (9)2.3.2电感储能的缺点 (10)三、串联谐振CCPS恒流充电 (11)3.1串联谐振CCPS概述 (11)3.2串联谐振CCPS工作原理 (11)3.3串联谐振CCPS恒流充电的MATLAB仿真 (14)总结 (16)参考文献 (17)脉冲功率技术摘要所谓脉冲功率技术是指将很大的能量（通常为几百千焦耳至几十兆焦耳）储存在储能元件中通常为电容器、电感器等, 然后通过快速开关（动作时间在毫微秒左右）将此能量在毫微秒至微秒时间内释放到负载上, 以得到极高的功率（兆瓦左右）。
脉冲功率技术研究的主要内容是如何经济地和可靠地储存能量, 并将大能量和大功率有效地传输到负载上。
不断提高的能量、功率、上升时间和平顶度、重复率、稳定性和寿命的要求, 给脉冲功率技术提出了一系列的科学技术问题。
本文介绍了，给储能元件电容充电的一种恒流充电电源，分析了CCPS充电的原理以及实现问题。
关键词：脉冲功率，CCPS,恒流充电，储能技术脉冲功率技术及其应用一、脉冲功率技术的发展历史及现状脉冲功率技术（PPT,Pulsed Power Technology）正式作为一个独立的部门发展,还是近几年的事。
事实上作为脉冲功率技术基础的脉冲放电, 早就存在于大自然中。
而对脉冲放电的研究则开始于研究天然雷电特性, 以及它对输电线路、建筑物危害及其防护措施。
当时这种放电仅限于毫秒级和微秒级。
四十年代末期, 就有人开始注意到亚微秒及毫微秒级的高压强流脉冲放电形式。
高功率脉冲电源：脉冲成形网络放电模型
高功率脉冲电源：脉冲成形网络放电模型1、 脉冲成形单元放电模型为了简化分析，通常假设脉冲开关和续流硅堆均具有理想开关特性，即：处于正向导通的脉冲开关，一旦被施加反向电压或者反向电流就能立即关断；处于反向关断的续流硅堆，一旦被施加正向电压或者正向电流就能立即开通。
在此假设下，建立基本的PFU 放电电路模型。
由PFU 放电电路可知，若令R Z 为PFU的特征电阻，且z R =R Z 与负载电阻R 的比较，可将PFU 的脉冲放电分成如下3种情况：①当R >R Z 时，为过阻尼放电；②当R =R Z 时，为临界阻尼放电；③当R <R Z 时，为欠阻尼放电。
对于实际的电炮负载，通常能使PFU 满足欠阻尼放电条件，此时的脉冲放电过程将包括如下2个放电阶段：（1）RLC 电路放电阶段，自触发放电时刻开始，至脉冲开关反压关断时刻结束，可将该阶段视作RLC 二阶电路的零输入响应过程。
（2）RL 电路放电阶段，自脉冲开关反压关断时刻开始，直至放电结束，可将该阶段视作RL 一阶电路的零输入响应过程。
上述2个阶段的工作电路相对独立，在脉冲开关反压关断时刻（也就是续流硅堆开通时刻）相衔接，在该时刻前后，流经脉冲电感器的脉冲电流相同。
当PFU 在额定电压下对短路负载放电时，因等效负载电阻R 仅包含放电电路元件内阻，PFU 存储的电能会全部消耗在内部元件上，PFU 输出的脉冲电流幅值最大，本文称这种工况为“最大电流工况”。
研究最大电流工况具有重要意义：不仅能直接反映PFU 的电流输出能力，而且也能反映出大功率元件对脉冲大电流的承载能力。
2、 脉冲成形网络放电模型PFN 由多个PFU 并联组成，通常采用同步放电或者时序放电的工作模式。
由并联网络的拓扑结构可知，无论采用哪种放电模式，负载电流i P 与各PFU 输出电流i P k 都满足如下关系式()()P Pk 1nk i t i t ==∑ (2.1)式中，下标k 表示PFU 在网络中的编号。
脉冲功率电源中的无电抗器电容储能技术
脉冲功率电源中的无电抗器电容储能技术脉冲功率电源中的无电抗器电容储能技术无电抗器电容储能技术是一种在脉冲功率电源中常用的储能方式。
在这种技术中，电容器被用来储存电能，并通过无电抗器进行管理。
下面将逐步介绍这种技术的原理和应用。
第一步，了解无电抗器电容储能技术的原理。
在脉冲功率电源中，频繁出现电流的突变和瞬态过程。
由于突变电流会产生电感器的电感反应，因此需要通过无电抗器来消除这种反应。
无电抗器是一种电路元件，其电感和电容值均为零，因而能够有效消除电感反应，提高电能的传输效率。
第二步，了解无电抗器电容储能技术的工作原理。
在脉冲功率电源中，电容器会通过电流的突变来储存电能。
当脉冲电流突变时，通过无电抗器的作用，电感反应会被有效抑制，使电容器能够更好地储存电能。
此时，无电抗器起到了平衡突变电流的作用，保证了电容器的正常工作。
第三步，了解无电抗器电容储能技术的应用。
这种储能技术广泛应用于脉冲功率电源系统中。
例如，在雷达系统中，频繁的脉冲信号需要被传输和处理。
通过使用无电抗器电容储能技术，可以有效地储存和传输这些脉冲信号，提高雷达系统的性能和稳定性。
此外，该技术还可应用于激光器、电子设备等领域，提高功率传输的效率和稳定性。
第四步，了解无电抗器电容储能技术的优势和限制。
这种技术具有响应速度快、能量传输效率高、稳定性好等优点。
同时，无电抗器电容储能技术也存在一定的限制，如对电容器的要求较高，成本较高等。
综上所述，无电抗器电容储能技术是一种在脉冲功率电源中常用的储能方式。
通过无电抗器的作用，可以消除电感反应，提高电能的传输效率。
该技术在雷达系统、激光器、电子设备等领域具有广泛的应用前景。
虽然存在一定的限制，但其优势仍使其成为脉冲功率电源中重要的储能技术之一。
高功率、高可靠性、长寿命脉冲电源
不停车系统(ETC)、智能四表(气表、电表、水表、热表)、GPS 定位追踪等领域。本文以 SPC1520 为代表，将介绍 EVE 的 SPC 电池电容器的电
性能特点及应用。
[关键词]脉冲电源；高低温性能；SPC；安全性能
[中图分类号]TQ
[文献标识码]A
[文章编号]1007-1865(2019)13-0246-02
Keywords: Pulse power battery；high and low temperature performance；SPC；safety performance
目前，物联网技术逐渐应用于生活的各方面，如高速路电子
不停车收费系统(ETC)—通过安装在车辆挡风玻璃上的车载电子 标签与在收费站 ETC 车道上的微波天线之间的微波专用短程通 讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车
(5-10 年或 10 年以上、低自放电)、高可靠性(适应室外-40 ℃-+85 ℃ 极端环境)和大电流脉冲(实现信息收集、传递)的要求[7]。而普通 的电池由于能量密度限制，需要频繁更换，电池成本往往比物联
网设备的自身成本高，难以满足要求。
针对这一问题，EVE 开发了 SPC 电池电容器。通过 SPC 高 功率电池电容与高容量锂亚电池(Li/SOCl2)并联，实现了高功率和 高能量密度的结合，可以满足大部分客户的需求。本文将介绍 EVE 开发的 SPC 电池电容的电性能以及 SPC+锂亚电池作为物联网组 合电源应用实例，最后对比了 SPC1520 和某款锂离子电容器(LIC) 在 90 ℃高温储存后低温放电性能。
图 1 SPC1520 室温不同电流放电曲线 Fig.1 SPC1520 discharge curves with different currents at RT 2.2 不同温度放电性能
脉冲功率系统的原理与应用
脉冲功率系统的原理与应用
脉冲功率系统是一种将直流电源转换成脉冲能量输出的电路系统。
其原理是通过电容器的充放电过程，将直流电源的能量存储在电容器中，然后以脉冲形式输出。
脉冲功率系统的核心部件是电容器和开关器件。
当开关器件处于导通状态时，直流电源会通过电容器充电，将能量存储在电容器中；当开关器件处于断开状态时，电容器会通过负载释放储存的能量，形成脉冲输出。
脉冲功率系统具有以下应用：
1. 脉冲功率放大器：脉冲功率系统可以将微弱的输入信号放大成高功率的脉冲信号，广泛应用于雷达、通信、激光、超声波等领域。
2. 脉冲电源：脉冲功率系统可用于为脉冲负载提供高电能输出，如电磁炮、脉冲激光器、超音速发动机等。
3. 脉冲测试系统：脉冲功率系统可用于测试电子器件、电路板、电力设备的脉冲响应性能，评估其可靠性和耐受性。
4. 脉冲加热系统：脉冲功率系统可用于加热、烧结、烘烤材料，如金属、陶瓷等，具有速度快、效率高的优点。
总而言之，脉冲功率系统通过电容器的充放电过程，实现了直
流电源能量的储存和脉冲输出，广泛应用于能量放大、能量转换和脉冲测试等领域。
高压重复频率脉冲功率电源
Ｚ ＯＵ ｉ ｏ ｇ Ｌ — ｎ 。，ＴＡＮ ｏ ｗａ ｇ ｙ Ｄｕ － ｎ ，Ｗ ＥＮ ｈ ｎ － ａ ｇ，ＺＨ Ｊ＿ ｏ，ＦＡＮＧ ｎ Ｓ ａ ｇｇ ｎ ＡＯ ｂ ｉ Ｑｉｇ
（ ｂ ｒ ｔｒ ｒ Ｓ ｏ ｋ Ｗａ ｅａ ｄ Ｄｅｏ ａ ｉ ｎ Ｐｈ ｓｃ ｓａ ｃ Ｌａ ｏ ａ ｏ ｙｆｏ ｈ ｃ ｖ ｎ ｔｎ ｔｏ ｙ ｉｓＲｅｅ ｒｈ，Ｉ ｓｉｕ ｅｏ ｕ ｄ Ｐｈ ｓｃ ， ｎ ｔｔ ｔ ｆ Ｆｌ ｉ ｙ ｉｓ Ｃ ｉ ａＡｃ ｄｅ ｆ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｙ ｉｓ ｈ ｎ ａ ｍｙ ｏ ｇ ｎ ｅｉ ｇ Ｐｈ ｓｃ ，Ｍ ｉ ｎ ａ ｇ ６ １ ０ ａ ｙ ｎ ２ ９ ０，Ｓ ｃ ｕ ｎ，Ｃｈ ｎ ｉｈ ａ ｉａ）
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第 ２ ７卷
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ａ ｔ ｄ ｎ ｔ ｎｉ ｅ ｌｄ ｔ ｎａ ｉ ｎ ｐ ｒ ｍ ｎｔ ｌｓ ｕ ｙ ｏ ｈｅ ｎｏ ｄ ａ ｅ ｏ ｔｏ
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电容储能型高功率脉冲电源的电路原理
1 电容储能型高功率脉冲电源的基本原理1.1电路原理对一个电功率输出系统而言，当其存储的能量E一定时，缩短这些能量的输出时间t，就能增大输出功率P（P=E/t），从而形成负载所需要的高功率脉冲信号。
因此，原理上所有产生高功率脉冲的方法都是基于能量的慢速存储与快速释放，本文所讨论的电容储能型高功率脉冲电源（Pulsed Power Supply, PPS）也不例外。
（注：本文主要讨论的是输出电流脉冲宽度为数十微秒到数十毫秒的电容储能型高功率脉冲电源，为了叙述方便，下文中若无特别说明，一律简称为“脉冲电源”）。
从功能实现的角度分析，脉冲电源的工作电路至少由两个基本回路组成：（1）电容充电电路，它是将能量慢速储存到脉冲电容器的电路。
（2）脉冲放电电路，它是将脉冲电容器所存储的能量快速释放的电路。
二者以脉冲电容器为核心，最简单的实现电路如图1所示。
图中C表示脉冲电容器，U ch表示小功率充电电源，S ch表示充电开关，R ch表示充电隔离电阻，S P表示脉冲放电开关，L P脉冲成形电感器（调波电感器），R G表示负载。
图1-1 脉冲电源的电路原理图图1-1中脉冲电容器是能量存储单元（储能电容器），起隔离充电电路和脉冲放电电路的作用，一方面它是电容充电电路的恒定负载，另一方面它也是脉冲放电电路的激励源。
图1-1电路所示的脉冲产生过程如下：（1）充电：首先S P断开，使S CH闭合，U CH为脉冲电容器慢速充电；（2）放电：在充电至额定电压以后，首先S CH断开，使S P闭合，C经L P对R G快速脉冲放电。
在实际研制的脉冲电源中，与电容充电电路相对应的部件是电容充电电源（Capacitor Charging Power Supply, CCPS），与脉冲放电电路相对应的部件是脉冲成形网络（Pulse Forming Network, PFN）。
1.2电容充电电源的类型电容充电电源是用于初始能量转换与功率调整的部件，它将初始能量进行功率调整，使其具有较高的电压，进而转化为在脉冲电容器中存储的电能。
(整理)高功率脉冲电源
高功率脉冲电源学院（系）：电气工程学院班级：1113班学生姓名：高玲学号：21113043大连理工大学Dalian University of Technology1分类及结构原理高功率脉冲最早始于30年代，随着用电容器放电产生X射线的出现，经过了几十年的发展，目前高功率脉冲电源应用范围非常广泛，例如用于闪光X射线照相、高功率激光、大功率微波、电磁脉冲、电磁发射(或推进)、粒子束武器和电磁成形等离子体物理与受控核聚变研究、核爆炸模拟等方面。
‘如图1所示。
高功率脉冲电源包括初级能源、中间储能脉冲成形系统及转换系统等几个部分。
图1. 高功率脉冲电源组成框图脉冲功率的形成过程是：首先经过慢储能，使初级能源具有足够的能量；其次，向中间储能和脉冲形成系统注入能量；再次，能量经过储存、压缩、形成脉冲或转化，等复杂过程之后，最后快速释放给负载。
(1)初级能源为小功率的能量输入设备，如电容器的充电机、电感线圈的励磁电源、飞轮电机的拖动电机，其能源来在电网。
(2)中间储能设备有以电容器和Marx发生器为例的电场储能，以常温或超导电感线圈为例的磁场储能，以各类具有转动惯量的脉冲发电机为主的机械储能，以蓄电池、磁流体发电机、爆炸磁通压缩发生器为代表的化学储能，以及以核能磁流体发电机为例的核能初级能源，等等。
(3)能量转换与释放系统主要包括各种大容量闭合开关和断路开关及各种波形调节技术设备。
脉冲功率装置初级能源的储能方式主要包括：以电场形式储能的电容器、以磁场方式储能的电感器、机械能发电机、化学能装置以及核能等。
如表1所示。
(1)电容储能简单、技术成熟，因此它的应用最为广泛，如惯性约束、强激光、粒子束武器、大功率微波等。
世界上一些著名的脉冲功率装置都采用电容储能放电回路，如美国的PBFA．II等。
(2)电感储能最大的优点是储能密度大，所以倍受研究者的关注。
电感储能技术在诸如受控等离子体物理、受控核聚变、电磁推进等现代科学技术领域中，都有着极为重要的应用。
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关于脉冲功率电源的介绍
在全球化的发展环境下，各国为了提高自身的综合竞争力，均十分关注科学技术的应用。
脉冲功率技术作为重要的技术之一，该技术的发展始于20世纪60年代，在多个领域均有着较为广泛的应用，其中在国防领域扮演着重要的角色。
文章主要研究了脉冲功率电源的概况，并分析了其发展的技术阻碍，为了实现其快速的发展，要对其中存在的问题进行有效处理，在此基础上，脉冲功率技术的发展才能够更加稳定，同时，我国的国防竞争力也将不断增强。
标签：脉冲功率电源；电容器组；发电机系统；电池组；技术阻碍
当前，电源的相关问题得到了广泛的关注，其中最敏感的为小型化电源问题。
在科学技术的支持下，电源的小型化得到了快速的发展，此类电源的应用是广泛的，其作用日益显著。
但小型化电源的发展也存在不足，为了促进其发展，需要对先进的技术进行积极的、全面的运用。
在此背景下，文章研究了脉冲功率电源，该电源是借助不同方式进行提供的，具体的方式有电容器组、发电机系统、电感储能系统与蓄电池组等。
脉冲功率电源的应用满足了国防武器系统的电能需求，为我国国防工作的开展奠定了坚持的基础。
1 脉冲功率电源的概况
1.1 电容器组
目前，在工业、军事等领域对电容器的应用具有一定的普遍性，其中在电磁炮中的应用取得了良好的效果。
随着电磁炮的快速发展，对电容器组的要求不断提高，在脉冲形状控制方面，利用了闭合开关；在能量存储密度方面，利用了新的介电材料，在此基础上，电容器组得到了进一步的发展，进而适应了实际应用的需求[1]。
对于脉冲功率电源而言，作为电源的电容器组存在一定的不足，主要为偏低的转化效率，同时，其充电状态未能保持长期性。
为了有效解决此问题，需要借助高功率的大型充电设备，以此保证充电的快速与便捷，与此同时，工作电压也将得到控制。
在此基础上，电容器组拥有较大的体积，但在军事领域对于武器系统的体积有着严格的要求。
因此，在轨道炮系统中，电容器组的应用缺少针对性与时效性，此时的电源未能适应军事发展的需要。
在对电容器组展开设计过程中，要关注其热量的控制。
对于电容器的介电材料而言，通常情况，均属于电绝缘体与热绝缘体。
在炮弹发射时，电容器内部的热量将不断升高，为了保证电容器组的安全性，要对其给予高度的重视[2]。
1.2 发电机系统
关于电磁炮发电机的研究，其应用的类型较多，主要有单极脉冲发电机、补
偿型脉冲交流发电机和高温超导体发电机。
单极脉冲发电机产生电流的原理为：将超导体线圈浸泡在液氮中，在超导的作用下，将出现高强励磁磁场，并且借助转子的旋转促进了电流的出现。
此时的转子可以为铜圆盘。
电流的输出可以借助液体金属钠实现，其引出的路径为圆盘中心或者周围，此时发电机的输出电流为105A，再利用高速的机械或电磁制动，使转子在短时间内刹车，在此基础上，便实现了直流脉冲电流的获取。
但此时的电流未能满足坦克车载电源的要求。
补偿型脉冲交流脉冲发电机也可以称之为CPA，它的研究与应用弥补了单机脉冲发电机的不足，作为同步发电机，它保证了短回路电流的高效输出。
通过持续的研究，CPA的存储密度满足了电磁炮电源的需求[3]。
超导体发电机的出现，使发电机系统实现了革新，它作为大功率发电机系统，拥有良好的能量存储系统，作为同步发电机，对其设计主要体现在以下两方面：一方面，超导体材料作为转子线圈，而定子则选用普通的材料。
此设计的优点为偏低的交流损耗与较高的效率，但缺点为受技术的制约，制冷设备在与定子保持隔离时，与转子的连接缺少合理性。
另一方面，转子与定子均使用超导体材料，此时要求运行过程中，要全部制冷。
此设计的优点为便捷的制冷，但缺点为交流损耗相对较大。
超导体发电机与传统的发电机相比，前者的优势是显著的，它的重量较轻、机械效率较高、成本偏低，同时污染相对较少。
在超导体发电机中，其应用的超导体材料主要为铋锶铜氧（BSCCO）陶瓷与钇钡铜氧材丰葺（YBCO），两种材料相比，后者的交流损耗相对较低，同时其抗磁性能与抗应变能力等均相对较高。
在此类发电机不断发展过程中，低温制冷技术为其发展奠定了坚实的技术基础，如：YBCO导体中的机械制冷设备，此设备不仅体积小，其制冷效果十分明显。
1.3 电感储能系统
该系统的优点较为显著，主要为较高的能量密度、较长的使用时间与较低的成本，同时，它具有较高的安全性与可靠性。
在实际应用过程中，该系统最凸显的优势为较快的充电速度，基本在5s内便可以结束充电。
当前，在轨道炮系统中对中型电感储能系统进行了应用，但此时的应用仍处于实验阶段，主要是由于电感储能技术具有滞后性，未能满足实际应用的需求。
该系统的缺点体现在以下两方面，一方面为高功率电池的商业化水平偏低，另一方面为高电流开关未能实现重复使用，并且未能达到小型化的要求[4]。
1.4 蓄电池组
在电磁炮的能量存储系统中对蓄电池组进行了应用，此时的电池为高能密度锂离子电池，它的使用具有一定的安全性与高效性。
高能密度锂离子电池能够提供100kJ的能量，此时其重量为5kg，与此同时，在2s内，其电流为2kA，因此，其储能系统满足了电磁炮的要求。
2 脉冲功率电源发展的技术阻碍
现阶段，电源的发展有着较快的速度，它为国防提供了可靠的电能，但与发达国家相比，我国的小型化电源发展水平偏低，未能适应高机动作战使用的需求，此时的电源技术影响着电磁炮作用的发挥。
电磁炮对于电源技术有着较高的要求，不仅要保持小型化，还要具备轻质的特点。
在未来战场上，高机动作战过程中，电磁炮的作用是显著的，主要是由于它具有较大的威力、较远的射程与丰富的功能。
因此，为了促进电磁炮作用的发挥，要进一步研究小型化电源，使其发展水平不断提高，进而满足军事应用的需要。
当前，脉冲功率电源发展受到了技术的制约，它与电磁炮的实际需求存在一定的差距。
为了有效解决小型化电源的问题，对其技术要进行深入的研究，同时要采取具有针对性的措施，具体的改进方法如下：对新型的储能材料进行应用，并且要提高储能密度，同时还要不断丰富新型储能方法，最后对发射装置所需能量进行改进[5]。
3 结束语
综上所述，在世界范围内，各个国家均十分注重国防竞争力水平的提升，但国力的提高受诸多因素的影响，其中最为关键的便是科学技术的发展水平，在高科技的支持下，国家才能够获得良好的发展，其经济发展力、国防战斗力等也均将获得大幅度的提高。
文章主要阐述脉冲功率技术电源，它作为小型化的电源，为国防的发展提供了可靠的电源。
相信，在小型化电源相关技术的持续发展下，我国的国力将不断增强，进而社会经济的发展也将更加稳定。
参考文献
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