[發明專利]一種基于雙極性Marx電路的串聯諧振充電裝置

在審

• 申請號: 202010569528.6
• 申請日: 2020-06-20
• 公開（公告）號: CN111697656A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 童立青
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02M3/158
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于充電技術領域，具體為一種基于雙極性Marx電路的串聯諧振充電裝置。該裝置包括：輸入電源，雙極性Marx電路系統，LC串聯諧振電路，升壓變壓器，整流器和負載。輸入電源通過雙極性Marx電路調制后輸出正負極性電源，然后通過LC串聯諧振電路輸出恒定峰值電流的高壓電，再通過升壓變壓器升至需要的高壓幅值，最后通過整流電路給負載充電。本發明有效的解決了快速的高壓大功率恒流充電問題，也可以極大的提高脈沖功率源的充電電壓和充電功率。

技術領域

本發明屬于充電技術領域，具體涉及大功率的重復頻率高壓直流充電裝置。

技術背景

高壓脈沖功率源的充電技術是隨著高壓脈沖功率技術發展起來的，上世紀60年代以來迅速發展固態脈沖功率技術要求有一個快速大功率充電源，因此逐漸形成一門獨立的新興技術領域，即串聯諧振充電技術。脈沖功率技術又稱高功率脈沖技術，它是一個研究在較長的時間里把能量存儲起來，然后經過快速壓縮、轉換，最后在極短的時間以極高的功率密度向負載釋放的電物理技術，實質上是輸出功率對輸入功率的放大，因此就要求有一個快速的高壓充電技術。

由于對脈沖功率源充電，就是對一些并聯電容快速充電，就必須防止充電電流過大而毀壞功率器件為。采用的電阻限流技術，但會增加損耗；而采用電感限流技術需要一個較大電感；最常用的采用半導體開關的串聯諧振充電術，為得到高壓而使得充電電流過小導致充電功率小及速度慢。這就要采用即能獲得高壓又能得到較大電流的充電就是，本發明就是針對這個技術方向的。

本發明采用基于雙極性Marx電路的串聯諧振充電是通過二級升壓獲得高電壓，同時也有很大的充電電流，能應用大功率高重復頻率的高壓脈沖功率源。

該技術能成功應用于重復頻率高壓脈沖功率源，既可以實現大功率能量傳輸，又有在可以提高充電速度和充電效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有高充電速度和高充電效率的基于雙極性Marx電路的串聯諧振充電裝置。

本發明提供的基于雙極性Marx電路的串聯諧振充電裝置，包括：輸入電源，雙極性Marx電路，LC串聯諧振電路，升壓變壓器，整流器和負載電路；雙極性Marx電路是由多級雙極性Marx模塊級聯而成，雙極性Marx模塊包括充電控制半導體開關、隔離二極管、全橋電路和電容器；LC串聯諧振電路包括電感L和電容C；其中：輸入電源與雙極性Marx電路連接，雙極性Marx電路與LC串聯諧振電路連接，LC串聯諧振電路與升壓變壓器連接，升壓變壓器連接與整流器和負載電路連接，具體參見圖1所示。

本發明中，雙極性Marx電路完成正負波形調制及第一次升壓變換。

本發明中，LC串聯諧振電路完成電流的限流控制。

本發明中，升壓變壓器完成第二次升壓變換。

本發明中，雙極性電路典型的控制模式是并聯充電和串聯放電。

本發明中，雙極性Marx電路包括串聯充電控制開關、串聯反向阻流二極管、全橋第一橋臂上管開關、全橋第二橋臂上管開關、全橋第一橋臂下管開關、全橋第二橋臂下管開關和直流充電電容；其中，串聯充電控制開關與串聯反向阻流二極管的陽極相連，串聯反向阻流二極管的陰極與全橋第一橋臂上管開關的源極、全橋第二橋臂上管開關的源極、直流充電電容和下一級雙極性Marx模塊的串聯充電開關相連，全橋第一橋臂上管開關的漏極與全橋第一橋臂下管開關的源極和輸入地相連，全橋第二橋臂上管開關的漏極與全橋第二橋臂下管開關源極和下一級的全橋第一橋臂上管開關的漏極相連，全橋第一橋臂下管開關的漏極與全橋第二橋臂下管開關漏極和直流充電電容相連。參見圖2所示。

本發明的基于雙極性Marx電路的串聯諧振充電裝置的工作過程如下：

輸入電源給雙極性Marx電路并聯充電儲能；