脉冲强磁场的应用非常广泛,它能够为材料科学、化学和半导体材料研究等提供特殊而极端的研究环境。脉冲电源系统在产生脉冲强磁场中起着重要作用。在各种脉冲电源系统中,电容器电源因其结构简单、制造容易、可靠性高而得到广泛应用。然而,现阶段主流电容器充电装置多为单个分立式装置:设计为一个特定的电压和功率水平,灵活性差,开发周期长。因此,本文采用一种模块化充电装置设计方案,旨在研制一台多模块组合工作的电容器充电电源,该电源具有电压功率可大范围选择、开发周期短、电路搭建便捷等优点。模块化设计思想核心在于:设计许多小功率独立的充电模块,再将这些模块通过串并联的组合方式而得到所需的功率和电压等级。每个模块是一个集成在PCB板上的基于LC串联谐振的小型充电机,模块输出端采用串联连接方式,使总输出电压为各模块输出之和。在各模块输出端并联均压电容,不仅能够起到滤除各模块电流差值的作用,还能使输出端电压保持稳定。模块输出端为串联工作,所以必须要保证每个模块的输出电流相同。输出电流除了与电路元器件参数有关外,还与模块工作同步性有关。要保证每个模块同步工作,即每个模块逆变桥中的开关管需要同步工作。本文将需要同步工作的开关管的驱动信号对应的驱动光耦进行串联连接,当驱动指令来临时,可同步导通光耦使驱动信号能够同步产生,从而保证每个模块对应开关管同步工作。在研制模块化充电机过程中,首先基于理论分析计算元器件参数,然后通过建立仿真模型进行验证,最后完成实验平台的搭建及测试。进行了单模块独立实验及多模块输出串联实验,通过实验平台验证了模块化的可行性。本设计最终成功研制一台四模块输出串联工作的充电装置,输出最高电压达8000V(单模块输出电压2000V),充电电流恒定,电压线性度较好,充电速度快,系统工作稳定。