本发明涉及等离子体流动控制技术，尤其涉及一种多通道机载微秒脉冲等离子体流动控制电源。
背景技术
等离子体流动控制技术是一种新型的主动流动控制技术，近年来已成为国际上空气动力学和气动热力学领域的重要研究热点。在等离子体激励器两电极间施加高压脉冲，使空气电离形成等离子体。等离子体流动控制能够显著抑制附面层分离，增加机翼升力。在飞机机翼两侧同时施加等离子体激励能最大限度地增加飞机升力、推迟失速，而单独在机翼的一侧施加激励，能够使机翼一侧升力增加，另一侧升力不变，从而产生较大的滚转力矩，控制飞机姿态。相较于其它主动流动控制技术而言，等离子体流动控制技术具有结构简单、频带宽、响应迅速、节约能耗等优点，具有广阔的应用前景。
高压脉冲电源能够产生等离子体流动控制中气体放电所需的脉冲高压，是等离子体流动控制必不可少的设备。然而，传统的高压脉冲电源体积庞大重量较重，无法远程控制，且大都采用220v市电供电，仅适合实验室操作，难以机载使用。此外，单个高压脉冲电源往往只有一路输出，在滚转控制中需要安装两个电源才能分别驱动机翼两侧的激励器独立工作，占据更大的机舱体积和载重量。因此，小型化、适合机载使用的高压脉冲电源需求迫切。
技术实现要素：
相比于现有技术，本发明提供一种多通道机载微秒脉冲等离子体流动控制电源，包括高压模块和控制模块，其中
高压模块由第一机载电池直流逆变模块、倍压充电模块、通道选择模块和脉冲形成模块组成，其中直流逆变模块包括逆变器控制继电器ssr0和一个直流转几百伏交流电的逆变器；第一机载电池的输出端连接直流逆变模块的输入端，第一机载电池输出的第一直流电压在逆变器中升压并进行直流-交流转换，输出几百伏的交流电压；逆变器的输出端连接倍压充电模块的输入端，交流电压在倍压充电模块内进行整流并再次升压，输出电压更高的第二直流电压；倍压充电模块的输出端连接多个通道选择模块的输入端，通道选择模块决定第二直流电压输入至脉冲形成模块的哪个脉冲形成模块通道；通道选择模块的第一至第n输出端分别连接第一至第n脉冲形成模块通道的输入端；第二直流电压在脉冲形成模块的第一至第n脉冲形成模块通道内，先在各自的绝缘栅双极型晶体管igbt半导体开关的控制下转变为几百伏的初级脉冲，再进行第三次升压，最终输出几千伏至几十千伏的高压微秒脉冲；第一至第n脉冲形成模块通道分别输出所述高压微秒脉冲；
控制模块由遥控器、接收天线、接收机、第一至第n光纤隔离板、第一至第n信号输出端和第二机载电池等部分组成；遥控器位于地面由操作人员操控，操作时，遥控器受到操控，将指令信号发送至接收天线；接收天线接收到指令信号并将指令信号传输至接收机；接收机根据指令信号产生相应的控制信号，通过接收机第一至第n输出端将第一至第n通道选择信号和第一至第n驱动信号按序号分别输出至第一至第n光纤隔离板的输入端，通过接收机第三输出端将逆变器开关信号传输至高压模块的直流逆变模块的ssr0；第一至第n通道选择信号和第一至第n驱动信号按序号分别经由第一至第n光纤隔离板的输出端被传输至第一至第n信号输出端的输入端，光纤隔离板将高压模块和控制模块的接收机和接收天线进行光纤隔离，采用光纤将两部分隔开，避免高压模块的工作对控制模块的接收机和接收天线产生干扰，影响其正常运行；第一至第n信号输出端按序号分别将第一至第n控制信号按类型输出至高压模块的第一至第n通道选择模块和第一至第n脉冲形成模块通道，其中第一至第n控制信号包括第一至第n通道选择信号和第一至第n驱动信号，第一至第n通道选择信号按序号分别输出至第一至第n通道选择模块中，第一至第n驱动信号按序号分别输出至第一至第n脉冲形成模块中，并且其中，第一至第n信号输出端的第一输出端按序号分别连接高压模块的第一至第n脉冲形成模块通道，分别输出第一至第n驱动信号，第一至第n信号输出端的第二输出端按序号分别连接高压模块的第一至第n通道选择模块的第一至第n通道选择继电器ssr1至ssrn，分别输出第一至第n通道选择信号；接收天线、接收机和第一至第n光纤隔离板输入端由第二机载电池供电，第一至第n光纤隔离板输出端和高压模块由第一机载电池供电。
在本发明的一个实施例中，倍压充电模块包括整流电桥ab、稳压电容c1、电感l、快恢复二极管d1和储能电容c2；整流电桥ab与稳压电容c1相并联，整流电桥ab的输出端依次与电感l、快恢复二极管d1、储能电容c2相串联，其中整流电桥ab的输出端接电感l的正端和稳压电容c1的正端，快恢复二极管d1的正端接电感l的负端，负端接储能电容c2的正端；整流电桥ab的负端、稳压电容c1的负端和储能电容c2的负端连接在一起；其中
整流电桥ab应有足够的功率，与逆变器输出的电压电流匹配，不被逆变器输出的交流电烧坏；稳压电容c1的容值应大于500μf，同时耐压能力应在逆变器输出交流电的有效值之上，在保证电容体积较小的情况下选用容值大耐压高的电容；为保证功率应选较小的电感l，但当电感过小时，会造成电路中电流过大，增大其他器件的体积，因此电感值取在500μh至6mh之间；快恢复二极管d1应满足回路中的电压电流要求；储能电容c2的电容值取在500nf至10μf之间。
在本发明的一个具体实施例中，整流电桥ab选用西门康skb30/16a1型电桥；稳压电容c1采用1000μf/450vdc的极性电容；电感l＝4mh；快恢复二极管d1用上海椿树md200a1600v；储能电容c2采用1μf/1700vdc的非极性电容。
在本发明的一个具体实施例中，第一至第n通道选择继电器ssr1至ssrn的继电器耐压不低于310v；第一至第n通道选择继电器ssr1至ssrn的正端都接快恢复二极管d1的负端，第一至第n通道选择继电器ssr1至ssrn的负端分别接第一至第n脉冲形成模块通道。
在本发明的一个实施例中，脉冲形成模块包括第一至第n脉冲形成模块通道，n个通道完全相同；其中
第一脉冲形成模块通道由第一绝缘栅双极型晶体管igbt1半导体开关、igbt1驱动板、直流降压模块、脉冲变压器pt1、高压二极管d31、快恢复二极管d21、无感电阻r31和保护电容c31组成；直流降压模块由第一机载电池供电，其输出端连接第一igbt1驱动板第一输入端，控制模块的第一信号输出端连接第一igbt1驱动板的第二输入端，向第一igbt1驱动板输出第一驱动信号，第一igbt1驱动板的输出端连接第一igbt1半导体开关的第一输入端，第一igbt1半导体开关的c极、第一通道选择继电器ssr1的输出端、快恢复二极管d21的正极和无感电阻r31的一端连在一起，快恢复二极管d21的负极、无感电阻r31的另一端和保护电容c31的一端连在一起，第一igbt1半导体开关的e极、保护电容c31的另一端和脉冲变压器pt1的原边正极连在一起，脉冲变压器pt1原边负极接地，脉冲变压器pt1副边正极连接高压二极管d31负极和第一高压输出端正极，脉冲变压器pt1副边负极连接高压二极管d31正极和第一高压输出端负极；并且其中
第一igbt1半导体开关耐压值不低于400v；直流降压模块为24v转15v的电压模块；高压二极管d3耐压值不低于25kv；无感电阻r3在10ω至1kω内选择体积尽量小者；保护电容c3容值应在1nf至1μf之间；脉冲变压器采用10kv高压导线在环形锌锰铁氧体上绕制，匝数比保证输出电压不低于10kv。
在本发明的一个具体实施例中，第一igbt1半导体开关选用西门康skm800ga176d；第一igbt1驱动板选用落木源公司生产的da102d1；直流降压模块选用hdw5-24d12a1电压模块；高压二极管d3选用35kv/3a的高压硅堆；无感电阻r3选择10ω的无感电阻；保护电容c3选用0.22μf/1200vdc非极性电容；脉冲变压器的匝数比为1∶60，变压器采用金属外壳进行封装。
在本发明的一个具体实施例中，通道选择模块、脉冲形成模块、光纤隔离板、信号输出端的数量均为两个。
在本发明的一个具体实施例中，遥控器上有5个开关被定义为等离子体激励控制开关，分属于三类控制信号，其中第一通道选择开关(a)和第二通道选择开关(a)分别控制第一通道选择信号、第二通道选择信号；逆变器控制开关(b)控制逆变器开关信号，该信号用于控制直流逆变模块中逆变器的通断；第一驱动信号开关(c)和第二驱动信号开关(c)分别控制第一驱动信号和第二驱动信号。
上述多通道机载微秒脉冲等离子体流动控制电源的控制模块工作过程为：
地面操作人员通过遥控器向机载系统发出电源控制指令，根据电源的安全性逻辑设计，使用时根据需要依照通道选择开关、逆变器控制开关、驱动信号开关的顺序依次打开3个类型的开关，保证安全放电；
当操作人员打开遥控器的第一通道选择开关时，接收机产生第一通道选择信号，通道开指令对应高电平，通道关指令对应低电平；由于第一通道选择信号控制的是经过直流逆变模块和倍压充电模块两次升压的第二直流电压，具有较强的电磁干扰，所以，接收机产生的第一通道选择信号先输出至第一光纤隔离板的输入端；第一光纤隔离板的输入端将第一通道选择信号编码成第一通道选择光信号，通过光纤传输至第一光纤隔离板的输出端；第一光纤隔离板的输出端将第一通道选择光信号解码，转换成第一次级通道选择信号，该信号与第一通道选择信号相同；之后，第一光纤隔离板的输出端将第一次级通道选择信号输出至第一信号输出端；第一信号输出端将第一次级通道选择信号输出至高压模块的第一通道选择继电器ssr1，控制第一通道选择继电器ssr1通断，当第一通道选择信号为高电平时第一通道选择继电器ssr1接通，第一脉冲形成模块通道打开；当第一通道选择信号为低电平时，第一通道选择继电器ssr1断开，第一脉冲形成模块通道关闭；
第二脉冲形成模块通道的控制过程与第一脉冲形成模块通道完全相同。
上述多通道机载微秒脉冲等离子体流动控制电源的高压模块用于将机载电池提供的第一直流电压转化为几千伏至几十千伏的高压微秒脉冲，其各部件工作过程为：
直流逆变模块包括逆变器控制继电器ssr0和一个直流电转几百伏交流电的逆变器；当操作人员打开遥控器上的逆变器控制开关时，接收机产生相应的逆变器开关信号，逆变器开指令对应高电平，逆变器关指令对应低电平；接收机产生逆变器开关信号后，直接输入到高压模块的直流逆变模块中的逆变器控制继电器ssr0中，控制逆变器开关，当逆变器开关信号为高电平时，ssr0接通，逆变器打开，第一机载电池输出的第一直流电压在逆变器中转化为交流电压输出；当逆变器开关信号为低电平时，ssr0断开，逆变器关闭；
倍压充电模块的工作过程：电路工作时，整流电桥ab对逆变器输出的220v正弦波交流电压进行全桥整流，将正弦波的负半周期翻转至正半周期，并输出至稳压电容c1，为稳压电容c1充电；由于稳压电容c1容值很大，因此220v的交流电压经过稳压电容c1后被整流成为310v的直流电压；稳压电容c1输出的直流电压通过电感l和快恢复二极管d1，为储能电容c2充电，电感l、快恢复二极管d1和储能电容c2组成一个倍压电路，当储能电容c2充电至电压等于稳压电容c1上的电压时，由于电感电流不能突变的性质，电感l中的充电电流仍然存在，电路中的电流继续给储能电容c2充电，导致储能电容c2上的电压高于c1，实现第二级升压；
由控制模块提供的第一、第二通道选择信号分别控制第一、第二通道选择继电器的通断，当第一通道选择继电器ssr1上的开关信号为高电平时，第一通道选择继电器ssr1导通，第一脉冲形成模块通道打开，在第一驱动信号的作用下第一脉冲形成模块通道可以放电；当第二通道选择继电器ssr2上的开关信号为高电平时，第二通道选择继电器ssr2导通，第二脉冲形成模块通道打开，在第二驱动信号的作用下第二脉冲形成模块通道可以放电；当第一、第二通道选择继电器ssr1、ssr2的开关信号同时为高电平时，第一通道选择继电器ssr1和第二通道选择继电器ssr2同时导通，第一、第二脉冲形成模块通道同时打开，第一、第二脉冲形成模块通道在第一、第二驱动信号的作用下可同时放电；
第一脉冲形成模块通道的脉冲形成模块工作过程为：脉冲形成模块工作时，第一驱动信号被输入至第一igbt1驱动板，以驱动第一igbt1半导体开关周期性通断，第一驱动信号为脉冲信号，信号须保证幅值位于3.3v至15v之间，脉宽大于0.5μs，但脉宽过大时将无法满足高重频要求，本实施例选用幅值12v、脉宽10μs、一定频率f＝0～3khz的方波信号，第一驱动信号的频率f即为第一igbt1开关开通关断的频率f；储能电容c2充电完成后在igbt1半导体开关的控制下周期性放电，形成幅值为几百伏的初级脉冲，脉冲频率即为第一igbt1开通关断频率f；初级脉冲输出至脉冲变压器pt1，脉冲变压器pt1将其进行升压，形成幅值为十几至二十几千伏的次级脉冲；次级脉冲经过高压二极管d31整流，滤去次级脉冲的负脉冲部分以及后续的振荡部分，仅保留第一个脉冲的正脉冲部分，形成脉冲幅值为几千伏至十几千伏、脉冲上升沿为700ns至2μs、脉宽约2μs至10μs、脉冲频率为驱动信号频率f＝0～3khz的高压微秒脉冲，驱动等离子体激励器放电；快恢复二极管d21、无感电阻r31和保护电容c31组成一个第一igbt1半导体开关保护电路，当第一igbt1半导体开关快速开通关断产生尖峰电压时，尖峰电压向保护电容c31充电，保护电容c31的稳压作用保证第一igbt1半导体开关不因过高的尖峰电压而击穿；脉冲形成模块的两个通道在通道选择模块的控制下能够实现任意通道单独放电、两个通道同时放电等功能，驱动单侧机翼激励器工作进行滚转控制，或驱动两侧机翼激励器同时工作，增加升力、推迟失速；
第二脉冲形成模块通道的工作过程与第一脉冲形成模块通道完全相同。
上述多通道机载微秒脉冲等离子体流动控制电源，其中第一驱动信号的工作过程如下：
当操作人员打开遥控器上的第一驱动信号开关(c)时，接收机产生第一驱动信号；第一驱动信号产生后，先输出至第一光纤隔离板的输入端；第一光纤隔离板输入端对第一驱动信号进行编码，转化成第一驱动光信号，并通过光纤将第一驱动光信号传输至第一光纤隔离板的输出端，第一光纤隔离板的输出端对第一驱动光信号进行解码，将其转化为第一次级驱动信号，再传输至第一信号输出端；第一信号输出端将第一次级驱动信号传输至高压模块的第一脉冲形成模块通道的第一igbt1驱动板，控制高压模块的第一脉冲形成模块通道的第一igbt1半导体开关周期性通断，从而使输入至第一脉冲形成模块通道的第二直流电压形成初级脉冲，初级脉冲经过高压模块的第一脉冲形成模块通道的第一脉冲变压器pt1的再一次的升压形成高压微秒脉冲，高压微秒脉冲的频率f即为第一igbt1半导体开关通断频率f，亦为第一驱动信号脉冲频率f。
本发明的多通道机载微秒脉冲等离子体流动控制电源具有以下优点：
(1)体积小，重量轻，能够适应无人机机舱尺寸和载重量；
(2)具有两个输出通道，并能独立工作，能够分别驱动两侧机翼上的等离子体激励器，两个通道配合使用能够实现无人机失速延迟和滚转力矩控制等功能；
(3)可以通过遥控器进行远程控制，适合无人机机载使用。
附图说明
图1是本发明多通道机载微秒脉冲等离子体流动控制电源的高压模块电路图示意图；
图2是本发明电源的控制模块示意图；
图3是本发明电源的总体结构示意图；
图4是本发明电源的驱动信号波形；
图5是本发明电源输出的高压脉冲波形；
图6是本发明电源在无人机上的布置实物图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明：
本发明的多通道机载微秒脉冲等离子体流动控制电源包括高压模块和控制模块。
高压模块由第一机载电池直流逆变模块、倍压充电模块、通道选择模块和脉冲形成模块组成，其中直流逆变模块包括逆变器控制继电器ssr0和一个24vdc转几百伏(v)ac的逆变器，如图1所示。第一机载电池的输出端连接直流逆变模块的输入端。第一机载电池输出的24伏(v)直流电压在直流逆变模块中升压并进行直流-交流转换，输出几百伏(v)的交流电压。直流逆变模块的输出端连接倍压充电模块的输入端，交流电压在倍压充电模块内进行整流并再次升压，输出电压更高的直流电压。倍压充电模块的输出端连接通道选择模块的输入端，通道选择模块决定上述直流电压输入至脉冲形成模块的第一脉冲形成模块通道还是第二脉冲形成模块通道。通道选择模块的第一输出端连接第一脉冲形成模块通道的输入端，通道选择模块的第二输出端连接第二脉冲形成模块通道的输入端；直流电压在脉冲形成模块的第一脉冲形成模块通道或第二脉冲形成模块通道内，先在绝缘栅双极型晶体管(igbt)半导体开关的控制下转变为几百伏(v)的初级脉冲，再进行第三次升压，最终输出几千伏(kv)至几十千伏(kv)的高压脉冲，通过igbt半导体开关控制形成的高压脉冲的上升沿接近微秒量级，所以该脉冲称为高压微秒脉冲；第一脉冲形成模块通道和第二脉冲形成模块通道分别输出高压微秒脉冲。上述升压电路的惯用手段为本领域技术人员熟知，不再累述。
如图2所示，该图示出本发明的控制模块示意图，控制模块由遥控器、接收天线、接收机、光纤隔离板、信号输出端和第二机载电池等部分组成。遥控器位于地面由操作人员操控，其余部分安装于飞机中。具体实施时，遥控器受到操控，将指令信号发送至接收天线。接收天线接收到指令信号并将指令信号传输至接收机。接收机根据指令信号产生相应的控制信号，通过接收机第一输出端将第一通道选择信号和第一驱动信号输出至第一光纤隔离板的输入端，通过接收机第二输出端将第二通道选择信号和第二驱动信号输出至第二光纤隔离板输入端，通过接收机第三输出端将逆变器开关信号传输至高压模块的直流逆变模块。第一通道选择信号和第一驱动信号经由第一光纤隔离板的输出端被传输至第一信号输出端的输入端，第二通道选择信号和第二驱动信号经由第二光纤隔离板的输出端被传输至第二信号输出端的输入端。第一信号输出端将第一控制信号按类型输出至高压模块的第一通道选择模块和第一脉冲形成模块通道，第二信号输出端将第二控制信号按类型输出至高压模块的第二通道选择模块和第二脉冲形成模块通道，如图2所示，其中，第一、第二信号输出端的第一输出端分别连接高压模块的第一、第二脉冲形成模块通道，第一、第二信号输出端的第二输出端分别连接高压模块的第一、第二通道选择模块的第一通道选择继电器ssr1和第二通道选择继电器ssr2接收天线、接收机和第一、第二光纤隔离板输入端由第二机载电池供电，第一、第二光纤隔离板输出端和高压模块由第一机载电池供电。
如图2所示，控制模块的具体工作过程如下。地面操作人员通过遥控器向机载系统发出电源控制指令，遥控器上有5个开关定义为等离子体激励控制开关，分属于上述三类控制信号，其中2个通道选择开关(开关a)，即通道选择开关1和通道选择开关2，分别控制第一通道选择信号、第二通道选择信号；1个逆变器控制开关(开关b)，控制逆变器开关信号；2个驱动信号开关(开关c)，即驱动信号开关1和驱动信号开关2，分别控制第一驱动信号和第二驱动信号。根据电源的安全性逻辑设计，使用时根据需要依照通道选择开关、逆变器控制开关、驱动信号开关的顺序依次打开3个类型的开关，保证安全放电。
以第一通道选择信号控制第一脉冲形成模块通道为例阐述通道选择信号的工作过程。当操作人员打开遥控器通道选择开关1时，接收机产生第一通道选择信号，即幅值为12v的电平，通道开指令对应高电平，通道关指令对应低电平；由于第一通道选择信号控制的是高压初级脉冲，具有较强的电磁干扰，所以，接收机产生的第一通道选择信号先输出至第一光纤隔离板的输入端；第一光纤隔离板的输入端将第一通道选择信号(电信号)编码成第一通道选择光信号，通过光纤传输至第一光纤隔离板的输出端；第一光纤隔离板的输出端将第一通道选择光信号解码，转换成第一次级通道选择信号(电信号)，该信号与第一通道选择信号相同，同样为12v电平。之后，第一光纤隔离板的输出端将第一次级通道选择信号输出至第一信号输出端。第一信号输出端是控制模块和高压模块的连接接口，它将从第一光纤隔离板输出端输出的多种信号(如第一次级通道选择信号和第一次级驱动信号)分开，分别输出至高压模块的相应位置(如第一通道选择模块中的第一通道选择继电器ssr1和第一脉冲形成模块通道中的igbt1驱动板)。第一信号输出端将第一次级通道选择信号输出至高压模块的第一通道选择继电器ssr1，控制第一通道选择继电器ssr1通断，当第一通道选择信号为高电平时第一通道选择继电器ssr1接通，第一脉冲形成模块通道打开；当第一通道选择信号为低电平时，第一通道选择继电器ssr1断开，第一脉冲形成模块通道关闭。第二脉冲形成模块通道的控制过程与第一脉冲形成模块通道完全相同。
逆变器开关信号的工作过程如下。当操作人员打开遥控器上的逆变器控制开关时，接收机产生相应的逆变器开关信号，即幅值为12v的电平，逆变器开指令对应高电平，逆变器关指令对应低电平。由于逆变器控制开关控制的是24v直流电压，因此并不存在电磁干扰问题，所以接收机产生逆变器开关信号后，直接输入到高压模块的直流逆变模块中的逆变器控制继电器ssr0中，控制逆变器开关，当逆变器开关信号为高电平时，ssr0接通，逆变器打开；当逆变器开关信号为低电平时，ssr0断开，逆变器关闭。
以第一驱动信号的工作为例阐述驱动信号的工作过程。当操作人员打开遥控器上的驱动信号开关1时，接收机产生第一驱动信号，例如幅值12v、脉宽10μs、频率f＝0-3khz的方波信号，如图4所示；由于第一驱动信号需要输出至igbt1驱动板中，控制初级脉冲的产生，与通道选择信号一样，同样存在较强的电磁干扰，所以，与通道选择信号的输出方法相似，第一驱动信号产生后，先输出至第一光纤隔离板的输入端；第一光纤隔离板输入端对第一驱动信号进行编码，转化成第一驱动光信号，并通过光纤将第一驱动光信号传输至第一光纤隔离板的输出端，第一光纤隔离板的输出端对第一驱动光信号进行解码，将其转化为第一次级驱动信号，再传输至第一信号输出端，第一次级驱动信号为与第一驱动信号相同的方波脉冲；第一信号输出端将第一次级驱动信号传输至高压模块的第一脉冲形成模块通道的第一igbt1驱动板，控制高压模块的第一脉冲形成模块通道的第一igbt1半导体开关周期性通断，从而使输入至第一脉冲形成模块通道的直流电压形成初级脉冲，初级脉冲经过高压模块的第一脉冲形成模块通道的第一脉冲变压器pt1的再一次的升压形成高压脉冲，高压脉冲频率f即为第一igbt1半导体开关通断频率f亦为第一驱动信号脉冲频率f。
回到图1，图1是本发明电源高压模块的电路图。高压模块主要用于将机载电池提供的24v直流电压转化为几千伏(kv)至几十千伏(kv)的高压脉冲，其具体工作过程如下。
高压模块的直流逆变模块包括逆变器控制继电器ssr0和一个24vdc转几百伏(v)ac的逆变器，逆变器功率不小于300w。在本发明的一个具体实施例中，逆变器控制继电器ssr0选择正达sdi1105型固态继电器，由于固态继电器不存在机械衔铁，可以避免飞行中所受到的过载造成继电器误触的问题；逆变器选择suvpws1-1200型24vdc转220vac的正弦波逆变器，其标称功率为500w。在本实施例中，第一机载电池输出的24v直流电压在逆变器中转化为220v正弦波交流电压，进行一次升压的同时也为后续升压提供条件。逆变器具有过流保护功能，能够限制最大输出电流，有效保护电路元件。逆变器采用全金属外壳封装，隔离高压脉冲放电对逆变器电路的影响，以及逆变器工作所产生的工频干扰对其它设备的影响。本发明的逆变器的24v供电端由逆变器控制继电器ssr0控制通断，继电器所需要的控制信号为12v电平，由电源的控制模块产生的逆变器开关信号提供，能够远程控制，便于在飞行中控制电源高压的开关，保证飞行安全。
如图1所示，倍压充电模块包括整流电桥ab、稳压电容c1、电感l、快恢复二极管d1和储能电容c2。整流电桥ab与稳压电容c1相并联，整流电桥ab的输出端依次与电感l、快恢复二极管d1、储能电容c2相串联，其中整流电桥ab的输出端接电感l的正端和稳压电容c1的正端，快恢复二极管d1的正端接电感l的负端，负端接储能电容c2的正端。整流电桥ab的负端、稳压电容c1的负端和储能电容c2的负端连接在一起。
器件选择时，整流电桥ab应有足够的功率，与逆变器输出的电压电流匹配，不被逆变器输出的交流电烧坏，本例选用西门康skb30/16a1型电桥；稳压电容c1容值越大，稳压效果越好，稳压电容容值一般应大于500μf，同时耐压能力应在逆变器输出交流电的有效值之上，在保证电容体积较小的情况下选用容值大耐压高的电容，本例采用1000μf/450vdc的极性电容；电感l电感值越大，电源功率越小，为保证功率应选较小的电感，但当电感过小时，会造成电路中电流过大，增大其他器件的体积，因此电感值一般取在500μh至6mh之间，本例中电感l＝4mh；快恢复二极管d1应满足回路中的电压电流要求，本例选用上海椿树md200a1600v；储能电容c2过小会导致放电能量不足，过大则会使充电时间过慢，影响高频性能，电容值一般取在500nf至10μf之间，本例采用1μf/1700vdc的非极性电容。
以本实施例电路为例说明倍压充电模块的工作过程。电路工作时，整流电桥ab对逆变器输出的220v正弦波交流电压进行全桥整流，将正弦波的负半周期翻转至正半周期，并输出至稳压电容c1，为稳压电容c1充电；由于稳压电容c1容值很大，因此220v的交流电压经过稳压电容c1后被整流成为310v的直流电压；稳压电容c1输出的直流电压通过电感l和快恢复二极管d1，为储能电容c2充电，电感l、快恢复二极管d1和储能电容c2组成一个倍压电路，当储能电容c2充电至电压等于稳压电容c1上的电压时，由于电感电流不能突变的性质，电感l中的充电电流仍然存在，电路中的电流继续给储能电容c2充电，导致储能电容c2上的电压高于c1，实现第二级升压。
通道选择模块包括第一、第二通道选择继电器ssr1和ssr2，分别对应第一脉冲形成模块通道和第二脉冲形成模块通道两个放电通道。继电器耐压不低于310v，本实施例采用美格尔mgr-1d4840单相固态继电器。第一、第二通道选择继电器ssr1和ssr2的正端都接快恢复二极管d1的负端，第一、第二通道选择继电器ssr1和ssr2的负端分别接第一、第二脉冲形成模块通道。由控制模块提供的第一、第二通道选择信号分别控制第一、第二通道选择继电器的通断，当第一通道选择继电器ssr1上的开关信号为高电平时，第一通道选择继电器ssr1导通，第一脉冲形成模块通道打开，在第一驱动信号的作用下第一脉冲形成模块通道可以放电；当第二通道选择继电器ssr2上的开关信号为高电平时，第二通道选择继电器ssr2导通，第二脉冲形成模块通道打开，在第二驱动信号的作用下第二脉冲形成模块通道可以放电。当第一、第二通道选择继电器ssr1、ssr2的开关信号同时为高电平时，第一通道选择继电器ssr1和第二通道选择继电器ssr2同时导通，第一、第二脉冲形成模块通道同时打开，第一、第二脉冲形成模块通道在第一、第二驱动信号的作用下可同时放电。
脉冲形成模块包括第一脉冲形成模块通道和第二脉冲形成模块通道，两个通道完全相同。以第一脉冲形成模块通道为例说明其结构。第一脉冲形成模块通道由第一绝缘栅双极型晶体管igbt1半导体开关、igbt1驱动板、直流降压模块、脉冲变压器pt1、高压二极管d31、快恢复二极管d21、无感电阻r31和保护电容c31组成。电路如图1所示，直流降压模块接收第一机载电池提供的24v直流，其输出端连接igbt1驱动板第一输入端，控制模块的第一信号输出端连接igbt1驱动板的第二输入端，向igbt1驱动板输出第一驱动信号，igbt1驱动板的输出端连接igbt1半导体开关的第一输入端，igbt1半导体开关的c极、第一通道选择继电器ssr1的输出端、d21的正极和r31的一端连在一起，d21的负极、r31的另一端和c31的一端连在一起，igbt1半导体开关的e极、c31的另一端和pt1的原边正极连在一起，pt1原边负极接地，pt1副边正极连接d31负极和第一高压输出端正极，pt1副边负极连接d31正极和第一高压输出端负极。第二脉冲形成模块通道结构与第一脉冲形成模块通道完全相同。
器件选择时，igbt1半导体开关耐压值不低于400v，本例选用西门康skms00ga176d。igbt1驱动板选用落木源公司生产的da102d1。直流降压模块为24v转15v的电压模块，本实施例选用hdw5-24d12a1电压模块。高压二极管d3耐压值不低于25kv，本例选用35kv/3a的高压硅堆。无感电阻r3应在10ω至1kω内选择体积尽量小者，本实施例选择10ω的无感电阻；保护电容c3容值应在1nf至1μf之间，本例选用0.22μf/1200vdc非极性电容；脉冲变压器采用10kv高压导线在环形锌锰铁氧体上绕制，匝数比保证输出电压不低于10kv，本例为1∶60，变压器采用金属外壳进行封装，以避免变压器线圈之间的电磁干扰。
以第一脉冲形成模块通道为例，阐述脉冲形成模块工作过程。脉冲形成模块工作时，第一驱动信号被输入至igbt1驱动板，以驱动igbt1半导体开关周期性通断，第一驱动信号为脉冲信号，信号须保证幅值位于3.3v至15v之间，脉宽大于0.5μs，但脉宽过大时将无法满足高重频要求，本实施例选用幅值12v、脉宽10μs、一定频率f＝0～3khz的方波信号，如图4所示，第一驱动信号的频率f即为igbt1开关开通关断的频率f。储能电容c2充电完成后在igbt1半导体开关的控制下周期性放电，形成幅值为几百伏(v)的初级脉冲，脉冲频率即为igbt1开通关断频率f；初级脉冲输出至脉冲变压器pt1，脉冲变压器pt1将其进行升压，形成幅值为十几至二十几千伏(kv)的次级脉冲；次级脉冲经过高压二极管d31整流，滤去次级脉冲的负脉冲部分以及后续的振荡部分，仅保留第一个脉冲的正脉冲部分，形成脉冲幅值为几千伏至十几千伏(kv)、脉冲上升沿为700ns至2μs、脉宽约2μs至10μs、脉冲频率为驱动信号频率f＝0-3khz的高压脉冲，驱动等离子体激励器放电，输出波形如图4所示。本例电源连接2m长的介质阻挡放电等离子体激励器放电时，输出脉冲峰峰值为10kv，脉冲上升沿为700ns，脉宽为2μs，脉冲频率为1khz。快恢复二极管d21、无感电阻r31和保护电容c31组成一个igbt1保护电路，当igbt1半导体开关快速开通关断产生尖峰电压时，尖峰电压向电容c31充电，电容c31的稳压作用保证igbt1不因过高的尖峰电压而击穿。脉冲形成模块的两个通道在通道选择模块的控制下能够实现任意通道单独放电、两个通道同时放电等功能，驱动单侧机翼激励器工作进行滚转控制，或驱动两侧机翼激励器同时工作，增加升力、推迟失速。第二脉冲形成模块通道的工作过程与第一脉冲形成模块通道完全相同。
由于本发明的电源涉及几十kv的高压脉冲，且等离子体激励器放电时也有打火的风险，整套系统危险性较高，所以，在控制逻辑上进行安全性设计，要使电源放电，需在遥控器上依次打开三类开关；第一个是通道选择开关，如图3开关a，控制通道选择继电器的通断，选择放电通道；第二个是逆变器控制开关，如图3开关b，打开后电源直流逆变模块、倍压充电模块和所选择的脉冲放电模块通道高压上电；第三个是驱动信号开关，如图3开关c，打开对应某一脉冲形成模块通道的驱动信号开关后，控制模块向相应脉冲形成模块通道输出电源驱动信号，驱动该通道放电产生高压微秒脉冲。三类开关同时打开时，高压才有输出，三重开关组合控制，保证电源不会产生误放电，造成危险。
为防止高压脉冲放电通过电池影响到控制模块，避免高压模块的高压脉冲干扰控制模块的正常运行，除利用光纤隔离板进行光纤隔离外，将电源的供电分为独立的两部分；第一部分包括光纤隔离板输出端和高压模块，由第一机载电池供电；第二部分包括接收天线、接收机以及光纤隔离板输入端，由第二机载电池供电；两部分间通过光纤进行隔离，防止电路相互干扰，保证系统运行安全可靠。
本发明的多通道机载微秒脉冲等离子体流动控制电源体积小、重量轻，采用24v机载电池供电，能通过遥控器进行远程控制；本发明电源具有两个输出通道，能独立工作，多通道的组合使用能够实现无人机等离子体流动控制抑制分离、推迟失速以及滚转力矩控制等多种功能。本发明提出的实施例中，输出电压为0-25kv，脉冲频率0-3khz，脉冲上升沿700ns，最大输出功率300w，能以10kv的脉冲电压峰峰值驱动长2m的介质阻挡放电等离子体激励器稳定工作。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。