本發明涉及脈沖電流，尤其涉及一種基于buck電路的脈沖電流輸出系統。

背景技術：

1、buck電路是一種基于電感儲能原理的dc-dc變換器，其涉及到物理中的電磁感應和電能轉換的基本原理。在buck電路中，通過控制占空比可變的pwm波切換開關管的導通和斷開狀態，將輸入電源提供的直流電壓轉換為可調的低電壓輸出，從而滿足不同電路的供電需求。

2、具體來說，buck電路中的電感在導通狀態下，將電流通過電感中心核心的磁場轉化為磁能，并將磁能存儲在電感中。而在斷開狀態下，由于電感的自感作用，磁場會產生電壓，將電磁能轉化為電能，并通過輸出端向負載供電。因此，通過控制開關管的導通和斷開狀態，實現了電能在電容和電感之間的周期性轉換和調節，最終輸出穩定的直流電壓。

3、此外，為了確保穩定輸出電壓，buck電路通常采用負反饋控制，通過對輸出電壓進行采樣，反饋給控制器，然后控制器調節輸出的pwm波的占空比，控制開關管的導通時間和斷開時間，使得輸出電壓保持在預定范圍內。

4、實際中，為了對被測實驗對象進行模擬和測試，通常需要進行大電流實驗或瞬間沖擊電流，現有技術中提供測試電流的裝置通常不能遠程控制，成本高，穩定性不好，控制效果差。

技術實現思路

1、本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種基于buck電路的脈沖電流輸出系統及方法。

2、本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種基于buck電路的脈沖電流輸出系統，包括遠程監控平臺、高壓電源裝置、主變流裝置、從變流裝置和多個儲能電容裝置；

3、所述高壓電源裝置的交流正負輸出端分別與所述主變流裝置和從變流裝置的零線端和火線端對應電連接，所述高壓電源裝置的直流正負輸出端分別與所述主變流裝置、從變流裝置以及各所述儲能電容裝置對應的直流正負輸入端對應電連接，所述主變流裝置的正輸出端與從變流裝置的正輸出端電連接，并作為脈沖電流的輸出正極，所述高壓電源裝置的負輸出端作為脈沖電流的輸出負極，所述主變流裝置的收發信號端分別與所述從變流裝置的信號收發端對應電連接，所述遠程監控平臺的數據端分別與所述高壓電源裝置的數據端和主變流裝置的數據端電連接；

4、所述遠程監控平臺，用于設置輸入輸出電參數，以及控制所述高壓電源裝置啟動或停止為所述主變流裝置、從變流裝置和多個儲能電容裝置中的儲能電容進行升壓；

5、所述高壓電源裝置，用于為所述主變流裝置、從變流裝置和多個儲能電容裝置分別提供交流電源；還用于根據所述遠程監控平臺的控制指令為所述主變流裝置、從變流裝置和多個儲能電容裝置中的儲能電容進行升壓；

6、所述遠程監控平臺，還用于向所述主變流裝置發送控制指令；

7、所述主變流裝置，用于根據所述遠程監控平臺的控制指令啟動或停止控制所述主變流裝置、從變流裝置和儲能電容裝置中的儲能電容釋放電能，還用于控制其與所述從變流裝置同步輸出脈沖電流，還用于與所述遠程監控平臺進行通訊。

8、本發明的有益效果是：本發明的基于buck電路的脈沖電流輸出系統，通過遠程監控平臺控制所述高壓電源裝置為所述主變流裝置、從變流裝置和多個儲能電容裝置中的儲能電容進行升壓，然后由遠程監控平臺控制主變流裝置啟動控制所述主變流裝置、從變流裝置和儲能電容裝置中的儲能電容釋放電能，并通過脈沖電流輸出正負極輸出脈沖電流，同時遠程監控平臺實時監測脈沖電流的電壓波形和電流波形，能夠方便，快捷的輸出短時脈沖電流，以便模擬或測試被測實驗對象需要的大電流實驗工況或瞬時沖擊電流，脈沖電流大小可調節，持續時間可調整，且需具備本地控制和遠程控制功能，其成本較低，控制效果好，穩定性高。

9、在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進：

10、進一步：所述主變流裝置包括多個buck模塊cnvtm1-cntvmn、并機電感lm1-lm2n、電壓傳感器v2、主電流傳感器、開關k2和放電電阻r，所述高壓電源裝置的直流正負輸出端j2-1、j2-2分別與所述buck模塊cnvtm1-cntvmn的直流正負輸入端vi?n+、vi?n-對應電連接，并為所述buck模塊cnvtm1-cntvmn中的儲能電容升壓，所述高壓電源裝置的零線端和火線端分別與每個所述buck模塊cnvtm1-cntvmn的零線端和火線端對應電連接，并為所述buck模塊cnvtm1-cntvmn供電，所述buck模塊cnvtm1-cntvmn的信號輸出端vout1和vout2分別與所述并機電感lm1和lm2、并機電感lm3和lm4…并機電感lm2n-1和lm2n的一端對應電連接，所述并機電感lm1和lm2、并機電感lm3和lm4…并機電感lm2n-1和lm2n的另一端分別與脈沖電流輸出正極端子j3-1電連接，所述高壓電源裝置的直流負輸出端與脈沖電流輸出正極端子j3-1之間串聯有開關k2和放電電阻r，所述高壓電源裝置的直流負輸出端與脈沖電流輸出正極端子j3-1之間電連接有所述電壓傳感器v2，所述脈沖電流輸出正極端子j3-1上電連接有主電流傳感器，所述buck模塊cnvtm1的數據端lan與所述遠程監控平臺的數據端電連接，所述buck主模塊cnvtm1-cntvmn的收發信號端can-h與can-l分別與can總線端子j4-1和j4-2對應電連接。

11、上述進一步方案的有益效果是：通過所述高壓電源裝置為所述主變流裝置中的每個buck模塊供電，同時為所述buck模塊cnvtm1-cntvmn中的儲能電容升壓，保證儲能電容在工作過程中能夠釋放出足夠多的能量，來完成脈沖電流輸出的效果，同時，通過所述電壓傳感器v2來實時檢測脈沖電流輸出端的電壓，通過將所述buck模塊cnvtm1-cntvmn的收發信號端can-h與can-l分別與can總線端子j4-1和j4-2對應電連接，這樣可以方便實現所述主變流裝置中的buck模塊與所述從變流裝置中的buck模塊同步輸出。

12、進一步：所述從變流裝置包括多個buck模塊cnvts1-cntvsm和并機電感ls1-ls2m，所述高壓電源裝置的直流正負輸出端j2-1、j2-2分別與每個所述buck模塊cnvts1-cntvsm的直流正負輸入端vi?n+、vi?n-對應電連接，并為所述buck模塊cnvts1-cntvsm中的儲能電容升壓，所述高壓電源裝置的零線端和火線端分別與每個所述buck模塊cnvts1-cntvsm的零線端和火線端對應電連接，并為所述buck模塊cnvts1-cntvsm供電，所述buck模塊cnvts1-cntvsm的信號輸出端vout1和vout2分別與所述并機電感ls1和ls2、并機電感ls3和ls4…并機電感ls2m-1和ls2m的一端對應電連接，所述并機電感ls1和ls2、并機電感ls3和ls4…并機電感ls2m-1和ls2m的另一端分別與脈沖電流輸出正極端子j3-1電連接,所有所述buck模塊cnvts1-cntvsm的收發信號端can-h與can-l分別與can總線端子j4-1和j4-2對應電連接。

13、上述進一步方案的有益效果是：通過所述高壓電源裝置為所述從變流裝置中的每個buck模塊供電，并同時為所述buck模塊中的儲能電容升壓，保證儲能電容在工作過程中能夠釋放出足夠多的能量，來完成脈沖電流輸出的效果，同時，所述buck模塊cnvts1-cntvsm的收發信號端can-h與can-l分別與can總線端子j4-1和j4-2對應電連接，這樣可以方便實現所述主變流裝置中的buck模塊與所述從變流裝置中的buck模塊同步輸出。

14、進一步：所述主變流裝置和從變流裝置中的buck模塊均包括多個并聯的buck支路、儲能電路c1和電壓傳感器v1，且每個所述buck支路均包含一個i?gbt模塊，每個i?gbt模塊均包括上橋臂i?gbt管、下橋臂i?gbt管、支路電流傳感器、吸收電容和濾波電感，所述上橋臂i?gbt管的集電極作為正輸入端vi?n+與所述高壓電源裝置的直流正輸出端j2-1電連接，所述上橋臂i?gbt管的發射極與下橋臂i?gbt管的集電極分別與對應的所述濾波電感的一端之間電連接有對應的所述支路電流傳感器，所述濾波電感的另一端作為信號輸出端vout1或vout2與對應的并機電感的一端電連接，所述下橋臂i?gbt管的發射極作為負輸入端vi?n-與所述高壓電源裝置的直流負輸出端j2-2電連接，所述上橋臂i?gbt管的集電極與所述下橋臂i?gbt管的發射極之間電連接有對應的所述吸收電容，各所述buck支路的正輸入端vi?n+和負輸入端vi?n-之間并聯有所述電壓傳感器v1和儲能電容c1。

15、上述進一步方案的有益效果是：通過所述上橋臂i?gbt管接收輸出電流控制的pwm信號，并且下橋臂i?gbt管的柵極信號一直為低電平，僅使用其反并聯的二極管對電感電流進行續流，通過多個buck支路并聯并配合濾波電感可以降低支路之間的高頻環流，儲能電路可以用來升壓儲能，保證儲能電容在工作過程中能夠釋放出足夠多的能量，來完成脈沖電流輸出的效果，電壓傳感器v1用來檢測儲能電容兩端的實時電壓，并反饋至對應buck模塊內的mcu微處理器，mcu微處理器中與每一條buck支路上采集的輸出電流進行計算后，mcu微處理器輸出對應的pwm信號，吸收電容的作用是吸收直流輸入信號中的尖峰電壓和尖峰電流，使每一條buck支路上的輸出結果更加的平滑。

16、進一步：所述儲能電容裝置包括多個cap模塊和與所述cap模塊數量相同并一一對應的熔斷器，所述cap模塊的正極通過對應的熔斷器與所述高壓電源裝置的直流正輸出端j1-1電連接，所述cap模塊的負極與所述高壓電源裝置的直流負輸出端j1-2電連接。

17、上述進一步方案的有益效果是：cap模塊內電容采用疊層母排連接，且每個儲能電容模塊的正極都設計有熔斷器，保障每個模塊的使用安全。

18、本發明還提供了一種基于buck電路的脈沖電流輸出方法，其采用所述的基于buck電路的脈沖電流輸出系統，其特征在于，包括如下步驟：

19、在遠程監控平臺設置輸入電壓、輸入電流、輸出電壓和輸出電流的預設范圍以及脈沖電流輸出時間；

20、遠程監控平臺向高壓電源裝置發送控制指令，控制所述高壓電源裝置啟動為主變流裝置、從變流裝置和多個儲能電容裝置分別提供交流電源，并控制所述高壓電源裝置啟動為主變流裝置、從變流裝置和多個儲能電容裝置中的儲能電容進行升壓，直至儲能電容升壓完成；

21、遠程監控平臺控制所述高壓電源裝置停止為主變流裝置、從變流裝置和多個儲能電容裝置分別提供交流電源；

22、遠程監控平臺控制主變流裝置啟動控制所述主變流裝置、從變流裝置和儲能電容裝置中的儲能電容釋放電能，同時遠程監控平臺顯示所述主變流裝置和從變流裝置輸出端電壓波形和電流波形；

23、使用結束后，控制開關k2斷開，并通過所述放電電阻r將所述儲能電容裝置中剩余未耗盡的電能釋放完。

24、在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進：

25、進一步：所述遠程監控平臺控制主變流裝置啟動控制所述主變流裝置、從變流裝置和儲能電容裝置中的儲能電容釋放電能具體包括如下步驟：

26、所述主變流裝置中的第一個buck模塊cnvtm1根據所述遠程監控平臺的控制信號經由can總線向主變流裝置中的其余buck模塊cnvtm2-cnvtmn和從變流裝置中的buck模塊cnvts1-cnvtsm，以使得所有buck模塊同步輸出；

27、各buck支路根據對應的支路電流傳感器和電壓傳感器v1分別采集的電流信號和電壓信號生成pwm波信號；

28、所述pwm波信號驅動對應的所述buck支路中的i?gbt管的導通和關斷，以進行脈沖電流的閉環控制。

29、上述進一步方案的有益效果是：通過所述主變流裝置中第一個buck模塊cnvtm1控制主變流裝置中的其余buck模塊cnvtm2-cnvtmn和從變流裝置中的buck模塊cnvts1-cnvtsm，可以保證所有buck模塊同步輸出，通過根據支路電流傳感器和電壓傳感器v1采集的電流信號和電壓信號生成pwm波信號，從而對脈沖電流形成閉環控制，保證脈沖電流的穩定性。