專利名稱：一種高電壓發生裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于電子技術領域，特別涉及一種高壓發生裝置。
背景技術：
高壓發生裝置，是一種能夠產生高電壓的裝置，在許多需要高電壓的測試系統或者高壓電源中都涉及到這種裝置。
該高壓信號產生的方式很多，涉及的原理也各有不同。本發明涉及的主要是利用低壓直流電源和R-C-L串聯諧振電路來產生高電壓的裝置。
現有技術中，已有一種主要利用低壓直流電源和R-C-L串聯諧振電路來產生高電壓的裝置。該裝置原理圖如圖1所示包括一個控制電路，一個低壓直流電源VB，四個電子開關S1、S2、S3、S4，一個電感L，一個電容C和一個電阻R。該裝置可以通過控制電路控制四個電子開關的導通與截止，且控制方式為當S1、S4處于導通狀態時，S2、S3處于截止狀態。
整個裝置開始工作時，通過控制電路使得S1、S4處于導通狀態而S2、S3處于截止狀態，這樣，低壓直流電源VB、電子開關S1、電感L、電容C、電子開關S4、和電阻R形成一個諧振回路，滿足方程(假設電阻R等于零)VB=Ldidt+Vc,]]>其中，i表示流過回路的電流(i=CdVcdt),]]>t表示時間、Vc表示電容兩端的電壓。求解此微分方程，得Vc=(Vc0-VB)costLC+VB,]]>其中，Vc0表示電容C的初始電壓，當時間t等于諧振回路的半個諧振周期 時，Vc＝2VB-Vc0，(在Vc0＝0時，Vc＝2VB)。
此時，通過控制電路使得S2、S3處于導通狀態而S1、S4處于截止狀態，這實際上相當于變換了一次電源極性。改變電源極性后，低壓直流電源VB、電子開關S3、電容C、電感L、電子開關S2和電阻R形成另一個諧振回路，滿足方程(假設電阻R等于零)-VB=Ldidt+Vc,]]>解得Vc=(Vcl+VB)costlc-VB,]]>其中，Vc1表示經過第一次電源極性變換后電容C的初始電壓，當時間t等于諧振回路的半個諧振周期 時，Vc＝-2VB-VC1，(在Vc1＝2VB時，Vc＝-4VB)。
通過上述過程可以看出，通過控制電路準確地在每半個諧振周期連續切換，當電阻R等于零時，電容C兩端的電壓Vc將在每次電源極性切換后增加2VB。當電源極性經過n次切換后Vc(n)＝(-1)n(Vc0+2nVB)，當n趨于無窮時，Vc(n)趨于無窮。
實際電路中，電阻R不可能為零(因為電源和電感都有一定的電阻)，電阻會消耗部分電池能量，相應每次振蕩，電容電壓增加量小于2Va，并且隨振蕩持續，電容電壓增加量減小。當電源極性變換次數趨于無窮，目.假定電容器初始電壓為零，電容電壓達到最大值Vc(max)=VB+2VBeRπ/Lω-1.]]>若采用普通銅導線繞制的電感，由于有較大內阻，因此這種方法不能產生很高的電壓。
發明內容
由于普通銅線繞制的大電感具有較大內阻，而限制了高壓發生器產生更高的電壓。本發明提供了一種能產生更高電壓的高電壓發生裝置。
一種高電壓發生裝置，包括一個控制電路，一個低壓直流電源VB，四個電子開關S1、S2、S3、S4，一個電感L，一個電容C；電感L和電容C的串聯電路一端與電子開關S1的負極和電子開關S2的正極相連，另一端與電子開關S3的負極和電子開關S4的正極相連；低壓直流電源VB的正極與電子開關S1和電子開關S3的正極相連，其負極與電子開關S2和電子開關S4的負極相連。該高電壓發生裝置的特征是所述電感L為一高溫超導電感。
本發明的實質是在技術背景所述技術方案的基礎上為了大大減小電路中的電阻，從而獲得更高的電壓，利用了高溫超導技術，即采用高Q值(Q＝ωL/R)高溫超導電感，有效地減小諧振電路的電阻。使得能產生的理論電壓和電流趨于無限。利用簡便的低壓電池，用可變頻率的功率電子控制開關(如晶閘管)進行電源極性的切換，通過選擇合適的元件和控制低壓直流電源極性變換次數，該高壓發生器可產生預先設定好的任意電壓和電流值。
需要說明的是，電容及電感值按所需產生的電壓設定；在電路諧振頻率下和產生電壓范圍內，電路中流過的電流要小于高溫超導電感的臨界電流(如Bi-2223/Ag 77K的臨界電流密度≥104A/cm2)；采用大電感和大電容可獲得較低諧振頻率；關鍵的高Q值電感元件可由下述高溫超導體制備(i)利用(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu3O10+x套銀多芯導線；(ii)利用(Bi，Pb)2Sr2Ca1Cu2O8-x套銀多芯導線；(iii)Y-123/基體(既Y1Ba2Cu3O7-x在襯底上的)鍍層超導導線；(iv)Bi-2223/基體或Bi-2212/基體[既(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu3O10+x或(Bi，Pb)2Sr2Ca1Cu2O8-x在襯底上的]鍍層超導導線。其運行可在簡單液氮冷卻操作下實現。
本發明的有益效果是利用高溫超導技術和相對簡單的電子電路，產生高幅值電壓和電流。該高壓發生器可做成一個非常緊湊的便攜裝置，并有多種用途(1)這種便攜式高壓發生器可用于需要極高電壓的，具有高阻抗負荷的任意情況。例如這種高壓發生器有可用于電力設備絕緣材料局部放電測試，電氣材料和電子元件絕緣性檢測。是一種尤其適用于野外工作的實用裝置。(2)作為一種超導充電電源。(3)用于與電子線路或高溫超導相關的教學演示。(4)對不同頻率下的高溫超導交流損耗的測試。當超導線圈隨電流增大而出現失超電阻時，電容電壓將有所下降，其峰值變化曲線將偏離零電阻時的峰值電壓曲線。因而可由這個偏離點，確定高溫超導線圈的臨界電流，和不同頻率的交流損耗而引起的臨界電流變化。
圖1是現有技術的一種高電壓發生裝置原理示意圖。
圖2是本發明的一種高電壓發生裝置原理示意圖。
圖3是本發明的一種高電壓發生裝置輸出電壓與時間的關系曲線圖。
圖4是本發明的一種具體實施方式
的輸出電壓與時間的關系曲線圖。
圖5是現有技術的一種具體實施方式
的輸出電壓與時間的關系曲線圖。
具體實施例方式
利用簡單方便的12V低內阻的鉛酸電池，通過可變頻率的功率電子控制開關進行電源極性的切換。電容及電感值按所需產生的電壓設定，在電路諧振頻率下和產生電壓范圍內，電路中流過的電流要小于高溫超導電感的臨界電流。
利用高溫超導電感線圈構成高電壓發生器時例如元件參數選為L＝20mH，C＝20uF，R＝0.05Ω，VB＝12V，Vc0＝0，如圖3所示，電壓在60ms、100ms、6s以后分別達到700V、1149V、9.66KV，最終穩態值為9.663KV。
比較采用銅線電感的高電壓發生器，元件參數分別為L＝20mH，C＝20uF，R＝3Ω，VB＝12V，Vc0＝0，如圖4所示，電壓在60ms、100ms以后分別達到159V和161V，基本達到穩態值只有161.17V。
權利要求
1.一種高電壓發生裝置，包括一個控制電路，一個低壓直流電源(VB)，四個電子開關(S1、S2、S3、S4)，一個電感(L)，一個電容(C)；電感(L)和電容(C)的串聯電路一端與電子開關(S1)的負極和電子開關(S2)的正極相連，另一端與電子開關(S3)的負極和電子開關(S4)的正極相連；低壓直流電源(VB)的正極與電子開關(S1)和電子開關(S3)的正極相連，其負極與電子開關(S2)和電子開關(S4)的負極相連，其特征是，所述電感(L)為一高溫超導電感。
2.根據權利要求1所述的一種高電壓發生裝置，其特征是，所述高溫超導電感為一高Q值的高溫超導電感。
3.根據權利要求2所述的一種高電壓發生裝置，其特征是，所述高Q值的高溫超導電感可由下述高溫超導體制備(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu3O10+x套銀多芯導線；(Bi，Pb)2Sr2Ca1Cu2O8-x套銀多芯導線；Y-123/基體鍍層超導導線；Bi-2223/基體或Bi-2212/基體鍍層超導導線。
4.根據權利要求1所述的一種高電壓發生裝置，其特征是，所述低壓直流電源為低內阻的鉛酸電池。
5.根據權利要求4所述的一種高電壓發生裝置，其特征是，所述低內阻的鉛酸電池電壓為12伏。
6.根據權利要求1所述的一種高電壓發生裝置，其特征是，所述電子開關為一種可變頻率的功率電子控制開關。
7.根據權利要求6所述的一種高電壓發生裝置，其特征是，所述可變頻率的功率電子控制開關為晶閘管。
8.根據權利要求1所述的一種高電壓發生裝置，其特征是，所述高溫超導電感的電感值為20mH，所述電容的電容值為20uF。
全文摘要
本發明提供了一種高電壓發生裝置，包括一個控制電路，一個低壓直流電源，四個電子開關S
文檔編號H02M3/04GK1725612SQ20051002112
公開日2006年1月25日 申請日期2005年6月21日 優先權日2005年6月21日
發明者金建勛 申請人:電子科技大學