CN104871422B - 电容器充电器系统、功率调制器及谐振功率变换器 - Google Patents

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Abstract

一般地，电容器充电器系统(100)包含用于经由输出整流器(120)连接至电容器(200)的谐振功率变换器(110)。谐振功率变换器(110)包含基于开关的桥接网络(112)、内部变压器(118)、谐振电路(114)和稳幅电路(116)。基于开关的桥接网络(112)包含至少一对受控开关。谐振电路(114)包括含有至少一个电容构件和至少一个电感构件的串联谐振支路，并且谐振电路在电路通路中连接于基于开关的桥接网络的一对受控开关之间的中点。而且，稳幅电路(116)被配置为提供谐振电路的谐振振幅的稳定化，并且稳幅电路包括连接于i)由在从电容构件到串联谐振支路的电感构件的电路通路中的任意位置处的结所限定的无约束节点与ii)在操作时具有预定的电压电平的谐振功率变换器的至少一个连接点之间的单向导电电路。谐振功率变换器(110)被配置为经由内部变压器(118)的次级绕组连接至输出整流器(120)。

Description

电容器充电器系统、功率调制器及谐振功率变换器
技术领域
所提出的技术涉及电容器充电器系统、包含这样的电容器充电器系统的功率调制器以及谐振功率变换器。
背景技术
电容器充电器系统通常用于使用大电流短脉冲的任何地方。应用的实例包括功率调制器、加速器、灯闪烁、X射线系统等。
电容器充电器系统通常包含电源，例如，用于经由输出整流器与负载电容器间的连接的功率变换器，其中电容器将被循环地充放电以帮助产生最终的输出脉冲。
功率变换器一般地用于将电功率从一种形式变换为另一种形式，或者从一个电平变换为另一个电平，并且通常构成任意电源的组成部分。特别地，所谓的谐振功率变换器通常由于它们的包括低开关损耗和高操作开关频率在内的优点而被使用。
但是，谐振功率变换器具有稳定性问题，并且在某些情况下，在功率变换器的谐振电路内流过的电流看起来会没有限制地增大。这会损坏功率变换器内的关键构件并且影响整个电容器充电器系统。
相关文献
美国专利8,023,290涉及用于输送并回收来自与在次级绕组电路内的可控整流关联的电容器的能量的功率变换器，每个可控整流器都具有并联的不可控整流器。与第一及第二初级绕组串联的第一及第二初级开关分别在固定的工作周期内被接通，各占开关周期的一半。
US 2011/0080757涉及功率变换器以及操作功率变换器的方法，该方法使变换器的工作频率能够由控制电路控制于谐振频率的预定范围内，以允许减少噪声产生并促进将会进而减少谱峰的频率抹平。
US 2006/0164776涉及包含开关、二极管、电感、具有第一连接和第二连接的输入以及具有第一连接和第二连接的输出的限流电路。输入的第一连接经由开关连接至电感以及二极管的阴极，并且经由电感连接至输出的第一连接。二极管的阳极连接至输入的第二连接以及输出的第二连接。
发明内容
本发明克服了现有技术的布局的这些及其他缺点。
本发明的一个目的是提供基于谐振功率变换器的改进的电容器充电器系统。
本发明的另一个目的是提供改进的功率调制器。
本发明的又一个目的是提供改进的谐振功率变换器。
这些及其他目的如同所附专利权利要求书所定义的那样来实现。
本发明的发明人已经意识到，如果负载出现短路或开路，则常规的谐振功率变换器存在失控(run-away)故障模式的可能性。在失控模式中，电压能够无限制地逐周期增加，并且当然，这会无限制地增加在谐振分支电路内流过的电流。该故障模式最终将会导致在变换器内的例如谐振电容器、开关、在开关两端的开关保护二极管等一个或多个构件发生故障。
在第一方面中，本发明提供了电容器被循环充电和放电的电容器充电器系统。电容器充电器系统包含用于经由输出整流器连接至电容器的谐振功率变换器。谐振功率变换器包含基于开关的桥接网络、内部变压器、谐振电路和稳幅电路。基于开关的桥接网络包含至少一对受控开关。谐振电路包括含有至少一个电容构件和至少一个电感构件的串联谐振支路，并且谐振电路在电路通路中连接于基于开关的桥接网络的一对受控开关之间的中点。谐振电路的(一个或多个)电容构件以串联通路与内部变压器的初级绕组连接。而且，稳幅电路被配置为提供谐振电路的谐振振幅的稳定化，并且稳幅电路包括连接于i)由在电路通路中从串联谐振支路的电容构件到电感构件的任意位置处的结所限定的无约束节点与ii)在工作时具有预定的电压电平的谐振功率变换器的至少一个连接点之间的单向(oneway)导电电路，使得谐振电路的谐振振幅变稳定以在预定的限度内变动。谐振功率变换器被配置为经由内部变压器的次级绕组连接至输出整流器。
以此方式，失控故障模式能够得到有效控制，由此提供对功率变换器的构件(例如，(一个或多个)开关、(一个或多个)谐振电容器等)的有效保护。因此，所提出的技术确保了整个电容器充电器系统的安全可靠的操作。
在第二方面中，本发明提供了包含这样的电容器充电器系统的功率调制器。
在第三方面中，本发明提供了谐振功率变换器。谐振功率变换器包含基于开关的桥接网络，其中基于开关的桥接网络包含至少一对受控开关。谐振功率变换器还包含内部变压器和谐振电路。谐振电路包括含有至少一个电容构件和至少一个电感构件的串联谐振支路，并且谐振电路在电路通路中连接于基于开关的桥接网络的一对受控开关之间的中点。谐振电路的电容部分以串联通路与内部变压器的初级绕组连接。谐振功率变换器还包含稳幅电路。稳幅电路被配置为提供谐振电路的谐振振幅的稳定化，并且稳幅电路包括连接于i)由电路通路中在从串联谐振支路的电容构件到电感构件的任意位置处的结所限定的无约束节点与ii)在工作时具有预定的电压电平的谐振功率变换器的至少一个连接点之间的单向导电电路，以由此使谐振振幅稳定化为在预定的限度内变化。
所提出的技术可应用于全桥和半桥两种设计，以及不同调制类型的功率变换器。
阅读下面关于本发明的实施例的描述时将会意识到本发明所提供的其他优点。
附图说明
本发明及其更多的目的和优点可通过参考下面参照附图进行的描述而得到最佳的理解，在附图中：
图1是示出涉及电容器充电器系统的应用的示例的示意图。
图2是示出根据第一实施例的电容器充电器系统的示例的电路原理图。
图3是示出根据第二实施例的电容器充电器系统的示例的电路原理图。
图4是示出根据第三实施例的电容器充电器系统的示例的电路原理图。
图5是示出根据第四实施例的电容器充电器系统的示例的电路原理图。
图6是示出根据第五实施例的电容器充电器系统的示例的电路原理图。
图7是示出根据第六实施例的电容器充电器系统的示例的电路原理图。
图8是示出根据第七实施例的电容器充电器系统的示例的电路原理图。
图9是示出根据第八实施例的电容器充电器系统的示例的电路原理图。
具体实施方式
在所有附图中，相同的附图标记将用于相应的或类似的元件。
图1是示出涉及电容器充电器系统的应用的示例的示意图。图1所示的整体应用基本上对应于功率调制器，并且示出了电容器充电器系统100以及它如何连接至电容器200，以及如何进一步连接至可选的升压(step-up)脉冲变压器300。电容器200的输出通过升压变压器300的初级绕组。使电容器200放电的开关400使得电容器充电系统的输出基本上为短路。电容器200典型地被循环地充电和放电，并且开关400在接通和断开两方面都可进行电子控制，以控制输出脉冲的持续时间。电容器200通常被部分放电，并且在下次循环开始之前，电容器充电器系统然后被要求对电容器再充电至其初始电压。
当然，也存在其他应用，如同在背景技术部分已经提到的。如背景技术部分所提及，电容器充电器系统通常包含诸如功率变换器之类的电源。特别地，所谓的谐振功率变换器通常由于它们的包括低开关损耗和高操作开关频率在内的优点而被使用。
但是，本发明的发明人已经意识到，如果负载出现短路或开路，则所有谐振模式的功率变换器都存在着失控故障模式的可能。在失控模式中，电压能够无限制地逐周期增大，并且当然，这会无限制地增加在谐振分支电路内流过的电流。该故障模式最终将会导致在变换器内的例如谐振电容器、开关、在开关两端的开关保护二极管等一个或多个构件发生故障。
根据所提出的技术发明，这种失控模式能够通过基于对谐振模式的功率变换器的谐振振幅适当配置的稳幅来提供平衡和稳定的电路设计进行有效控制。
一般地，电容器充电器系统包含用于经由输出整流器连接至电容器的谐振功率变换器。谐振功率变换器包含基于开关的桥接网络、内部变压器、谐振电路和稳幅电路。基于开关的桥接网络包含至少一对受控开关。谐振电路包括含有至少一个电容构件和至少一个电感构件的串联谐振支路，并且谐振电路在电路通路中连接于基于开关的桥接网络的一对受控开关之间的中点。谐振电路的(一个或多个)电容构件以串联通路与内部变压器的初级绕组连接。而且，稳幅电路被配置为提供谐振电路的谐振振幅的稳定化，并且稳幅电路包括连接于i)由电路通路中在从串联谐振支路的电容构件到电感构件的任意位置处的结所限定的无约束节点与ii)在工作时具有预定的电压电平的谐振功率变换器的至少一个连接点之间的单向导电电路，使得谐振电路的谐振振幅变稳定以在预定的限度内变动。谐振功率变换器被配置为经由内部变压器的次级绕组连接至输出整流器。
以该电路设计，失控故障模式能够得到有效控制，由此提供对功率变换器的构件的有效保护。因此，所提出的技术确保了谐振功率变换器和整个电容器充电器系统两者的安全可靠的操作。
在下文中，基本思路将按照认识到其通用性而又与具体实例相关的方式来表述。电路设计的实例示于图2-9的电路原理图中。
图2是示出根据第一实施例的电容器充电器系统的示例的电路原理图。在该实例中，整个电容器充电器系统100基于谐振全桥变换器110。谐振功率变换器110被布置用于经由输出整流器120连接至负载电容器200。
在图2的实例中，谐振功率变换器110包含对称的基于开关的桥接网络112-1、112-2、内部变压器118、谐振电路114和稳幅电路116。对称的基于开关的桥接网络112-1、112-2包含两对受控开关Q1-Q2、Q3-Q4。
谐振电路114包括含有至少一个电容构件C和至少一个电感构件L的串联谐振支路，并且谐振电路114在电路通路中连接于基于开关的桥接网络的一对受控开关Q1-Q2之间的中点。在对称桥接网络的实例中，谐振电路114在电路通路中从第一对受控开关Q1-Q2之间的中点连接至第二对受控开关Q3-Q4之间的中点。
谐振电路114的(一个或多个)电容构件C与内部变压器118的初级绕组连接成串联通路。该串联通路当然同样可以包含谐振电路114的任意(一个或多个)电感构件。作为选择，谐振电路114的电感部分与内部变压器118的初级绕组集成在一起，如同随后将要描述的。而且，稳幅电路116被配置为提供谐振电路114的谐振振幅的稳定化，并且稳幅电路包括连接于i)由电路通路中在从串联谐振支路的电容构件C到电感构件L的任意位置的结所限定的无约束节点与ii)在工作时具有预定的电压电平的谐振功率变换器110的至少一个连接点之间的单向导电电路，使得谐振电路的谐振振幅114变稳定以在预定的限度内变动。
预定的电压电平优选为固定且稳定的电压电平。例如，第一连接点可以具有正电压电平，而第二连接点可以具有负电压电平。
在所谓的无约束节点与具有预定的电压电平的(一个或多个)连接点之间的单向导电电路优选由无源单向导电电路实现。
举例来说，稳幅电路包含从功率变换器110的谐振电路114的无约束节点连接至具有预定的电压的相应连接点(例如，电源轨或电路轨)的至少一个二极管或者仅在一个方向上导电的等效电路，以由此稳定功率变换器的谐振振幅。
由于所考虑的功率变换器110的类型基于谐振电路114，因而正常地将足以将单个二极管从无约束节点连接至在工作时具有预定的电压电平的连接点。在特定的实例中，二极管从由所述结所限定的无约束节点连接至功率变换器110的DC电源轨。
作为选择，第一二极管从无约束节点连接至在工作时具有第一预定的电压电平的第一连接点，而第二二极管从无约束节点连接至在工作时具有第二预定的电压电平的第二连接点。这样稳幅电路116的配置可以具有关于无约束节点对称的结构。在下文中，将主要讨论具有两个二极管的稳定化电路116的对称设计。
作为示例，每个二极管都可以从无约束节点连接至由功率变换器110的相应一个DC电源轨表示的相应连接点。该思路的应用典型地意指，变换器设计被调整使得在“无约束节点”处的电压在正常操作中不超过正DC总线或轨，或者在正常操作中低于负DC总线或轨。对于大多数变压器系统，这并不是有害的限制，因为该设计在任何情况下都基于该水平的电压摆幅。如果功率变换器110被设计为允许更大的电压摆幅，则可能有必要构造振幅比正的和负的DC输入电压大的两个DC电压，以用作二极管的连接点。
正常地，DC轨电压Vg从三相电源线整流器中得出，所以变换器的正轨和负轨在通常情况下高于或低于地线，但是，有可能将“低”DC轨连接至地线。如果电源线相对地线自由“浮动”，例如，如果是从专用电源变压器得出的，并且然后保护性限制二极管不与地线连接，则低电压侧能够接地。
在图2的特定实例中，谐振电路114包括含有串联的电容器C和电感器L的串联谐振支路。当功率变换器110的谐振电路114基于谐振的电感器电容器(LC)电路时，无约束节点通常由电容器与电感器之间的结(串联谐振支路的所谓LC结)来限定。
谐振功率变换器110被配置为经由内部变压器118的次级绕组连接至输出整流器120。
当负载电容器200至少被部分放电时，电容器充电器系统100被要求对电容器再充电，并且然后稳幅电路被配置为在再充电过程开始时介入以防止失控状态。
图3是示出根据第二实施例的电容器充电器系统的示例的电路原理图。在该实例中，整个电容器充电器系统100基于谐振半桥变换器110。谐振功率变换器10被布置用于经由输出整流器120连接至负载电容器200。
在图3的实例中，谐振功率变换器110包含基于开关的半桥接网络112、内部变压器118、谐振电路114和稳幅电路116。基于开关的半桥接网络112包含一对受控开关Q1-Q2。
谐振电路14包括含有至少一个电容构件C和至少一个电感构件L的串联谐振支路，谐振电路114在电路通路中连接于基于开关的半桥接网络112的那对受控开关Q1-Q2之间的中点。
在图3的特定实例中，谐振电路114在电路通路中从在输入电容器组的一对电容器C1-C1之间的中点连接至在那对受控开关Q1-Q2之间的中点。
谐振电路114的(一个或多个)电容构件C与内部变压器118的初级绕组连接成串联通路。该串联通路当然同样可以包含谐振电路114的任意(一个或多个)电感构件。作为选择，谐振电路114的电感部分与内部变压器118的初级绕组集成在一起，如同随后将要描述的。
而且，稳幅电路116被配置为提供谐振电路114的谐振振幅的稳定化，并且稳幅电路包括连接于i)由电路通路中在从串联谐振支路的电容构件C到电感构件L的任意位置的结所限定的无约束节点与ii)在工作时具有预定的电压电平的谐振功率变换器110的至少一个连接点之间的单向导电电路，使得谐振电路114的谐振振幅变稳定以在预定的限度内变动。
预定的电压电平优选为固定且稳定的电压电平。例如，第一连接点可以具有正电压电平，而第二连接点可以具有负电压电平。
举例来说，稳幅电路包含从功率变换器110的谐振电路114的无约束节点连接至具有预定的电压的诸如电源轨或电路轨之类的相应连接点以由此稳定功率变换器的谐振振幅的至少一个二极管或者仅在一个方向上导电的等效电路。稳幅电路116可以包含从无约束节点到在工作时具有预定的电压电平的诸如DC电源轨之类的连接点的单个二极管，或者包括从无约束节点连接至在工作时具有第一预定的电压电平的第一连接点的第一二极管，以及从无约束节点连接至在工作时具有第二预定的电压电平的第二连接点的第二二极管。
当功率变换器110的谐振电路114基于串联的电容器C和电感器L时，无约束节点通常由电容器与电感器之间的结(串联谐振支路的所谓的LC结)来限定。
谐振功率变换器110被配置为经由内部变压器118的次级绕组连接至输出整流器120。
如同前面所提及的，谐振电路114的电感部分可以与内部变压器的初级绕组集成在一起。因此，初级绕组的电感L被相应调适以获得谐振电路的期望性质。
这针对全桥变换器示于图4、6和7中，并且针对半桥变换器示于图5、8和9中。特别地，除了谐振电路的电感部分与内部变压器的初级绕组集成在一起外，图4类似于图2。除了谐振电路的电感部分与内部变压器的初级绕组集成在一起外，图5类似于图3。
为了更好理解，回顾谐振功率变换器的失控模式可能是有用的。如前所述，“失控”电路操作有可能损坏谐振功率变换器的谐振电路构件、开关、二极管及其他部分。这能够在开关构件的工作频率与任意谐振电路的谐振频率匹配(或者在该开关频率是谐振频率的任意积分次谐波时)并且电路的耗散部分(负载)为短路或开路时发生。这从电路中去除了能量损失函数(energy loss function)，并且允许无限制的谐振电压和电流积聚于谐振电路内。
用于限制这些大振荡的积聚的被动过程是将一个或多个二极管按照以下方式连接至(一个或多个)谐振电容器：在(一个或多个)电容器上的电压超过固定电平时，该一个或多个二极管导通并将电容器电压箝位于固定电平。这可防止电路构件损坏。
如果保护二极管连接至给功率变换器电路供应输入功率的DC轨，则会产生附加的优点。在这种情况下，积聚于谐振电路内的过量电流被往回馈入DC功率的主要来源Vg，从而提供“无损”保护功能。
输入功率由此通过对二极管执行稳定化或保护来降低。该方法不干扰功率变换电路的正常操作，因为在正常操作中，谐振电容器电压不超过固定保护电压。但是，在负载通过短路或者开路来去除的任何时候，保护方法自动操作以保留功率变换系统的完整性并防止对其构件的破坏。
还有另一个优点源于该实现：现在可以使用与功率变换器的谐振频率更紧密地匹配的开关构件的工作频率，从而提高功率变换器的整体效率。例如，功率变换器可以被配置为基于处于谐振频率的5-10％之内的，或者甚至处于谐振频率的3％之内或者最终下降至大约谐振频率的1％之内的开关频率(例如，PWM频率)来操作。但是，开关频率优选地不比给定的安全裕度更接近谐振，以避免在功率变换器的循环间的任何重叠。
用于稳幅电路的二极管一般地起着限制在无约束节点处的谐振电容器C的电压偏移的作用。在没有二极管的情况下，该电压没有受到限制，并且能够超过DC总线上的电压或者(在负向上)超过DC总线负侧的电压。在具有二极管的情况下，在无约束节点处的电压无法超过DC总线正侧的电压或者小于DC总线的负电压。所以谐振电容器总的电压变化被限制于VDC的最大值，其中VDC是在正侧与负侧之间的DC总线电压(或者从地电位到DC总线工作电压的电压)。
注意，以下部分的描述严格适用于以下情形：要么因为负载处的短路要么因为负载电容器没有被充电，负载电压为0，这在调制器新的工作周期开始时发生。这意味着不存在会影响谐振电路内的电流的来自负载的“反射”电压。所以下面的评论假定反射负载电压为0，在负载处存在短路状态。
转移到(一个或多个)谐振电容器之内和之外的电荷在开关的开关频率的每个周期内反复循环两次。当上部开关接通时，在无约束节点处的电压被向上朝着正DC总线电压驱动。如果该电压使正DC总线电压的电压“过冲”，则二极管导通并使无约束节点箝位于正DC总线电压，从而使电压变化停止。当上部开关断开时，流过谐振电容器的电流下降至0，并且在无约束节点处的电压变化停止。这使得在无约束节点处的电压固定为正DC总线电压的电压。现在，下部开关接通，使在无约束节点处的电压朝着负DC总线电压下拉。该电压向下摆动并且在其达到负DC总线电压时停止，在该情况下二极管接通并对该电压进行箝位。所以在被定义为上部开关的一次操作与下部开关的一次操作的每个周期内，在无约束节点处的电压由Va改变为Vb并再次改变回到Va。由于充电是电流的时间积分，并且电容器的电压由V＝Q/C给出，因而可以看出，要实现2Va的变化(在Cresonant上的电压从Va摆动至Vb，该Vb等于-Va)，流过谐振电容器的电荷必须等于Q＝2CVa。这在每个周期内发生两次，所以在周期T内，流过的净电荷为Q＝4CVa。所以在一个周期内的平均电流为l＝Q/T＝4CVa/T。
流过谐振电容器的电荷同样流过“负载”电容器(当然变压器匝数比在此开始起作用，并且次级充电为初级充电除以该变压器的电压升压比)。整流桥“引导”电流流向，使得它总是向右流到负载电容器的上端子内，与谐振电容器内的电流的方向无关。所以逆变器的每个周期将两个正电流脉冲发送到负载电容器内，并且该电流等于初级电流除以变压器的电压升压比：
lsec＝4CVa/NT其中N＝Vsecondary/Vprimary
仔细分析所得的结论是：如果没有安装具有其(一个或多个)二极管的稳幅电路，则没有什么来限制谐振电容器上的电压摆幅(偏移)，并且从而没有什么来限制电源能够提供的电流。在谐振电容器上的电压随着电源的每个周期而增加(实际上它会翻倍)，所以无需许多周期该电压(以及相关的输出电流)就会比开关和输出整流器二极管的额定值大许多倍，并且会在这些构件中发生故障。但是，如果稳幅电路按照电路图所示的方式来安装，则电源能够提供的最大电流被限制于以上给出的次级电流。
许多现有技术的电路在过去的尝试中被用来限制电源的短路输出电流。这些电路包含用于施加可缩短开关的脉宽(“接通”时间)的反馈效应的电流检测器。但即使具有很短的脉宽，上述过电流效应也会逐步显现。它需要更长的时间，但是仍然会发生。确保安全的唯一方式是完全断开开关，等待一段时间，然后缓慢地开始再次将它们“接通”回来。这在“折返(fold-back)”电流限制之类的文献中是已知的，并且直到现在已经是以短接的负载来避免电源损坏的最有名的方法。该方法依赖于有源电路，但是(放大器、比较器等)能够由这些构件的故障导致为无效的。
另一方面，所提出的技术优选地基于“无源的”稳幅电路，并且不需要任何反馈系统或者其他有源保护电路。它就一直都在“那里”守护着。在电源的正常工作期间，二极管不导通，并且稳定电路是“不可见的”。但当需要它时，立即就提供保护。
在失配脉宽的某些情况下，由于稳定二极管而存在的通过变压器初级的DC通路能够导致最终将会使变压器饱和的DC电流积聚。这进而会切断从初级到次级的耦合，并且这可有效地将负载从逆变器中去除。这能够通过例如将另一个电容器Cs布置为与变压器初级串联以防止变压器的饱和来解决，如图6-9的实例所示。该附加电容器，当正确配置时，会切断DC通路并防止饱和电流积聚。例如，能够使用值为谐振电容的四倍或五倍的电容(该电容器的额定电压能够同样地降低四倍或五倍)。这会略微提高谐振频率，但是这种情况能够通过调整谐振电路的配置来校正。
应当理解，尽管附加的防饱和电容器Cs可以布置于谐振电路114的串联谐振支路的“中间”，如同图7和图9的电路图所示，但是无约束节点仍然可以被定义为在电路通路中从串联谐振支路的电容构件CR到电感构件LR的结。
在优选的应用中，功率变换器被用作功率调制器中的DC电源。然后，整个功率调制器一般地被配置为产生高功率脉冲。例如，电源可以作为功率调制器中的电容器充电器系统来操作。在运行该脉冲功率系统时，电源可以对电容负载进行充电直到指定的电压电平。触发器限定电容器何时将被放电以由此产生能够转移至负载的有用脉冲。一旦电容器被放电，新的充电周期就开始。当电容器被再充电时，它能够被再次放电以产生下一个脉冲。
该电源典型地能够供应超过10kW的平均功率。例如，电容器充电器系统及相关的电容器负载可以与升压脉冲变压器结合起来，例如，用于驱动微波放大管。还可以使用多个电容器模块来驱动变压器的初级绕组。每个电容器模块的电容器电压典型地高于500V，但是低于2500V，并且优选地为900～1500V。
以上所描述的实施例仅作为示例而给出，并且应当理解，本发明并不限制于此。保留了本文所公开的并对其要求权利的基本原理的更多修改、变化和改进都属于本发明的范围。

Claims (20)

1.一种用于要被循环充电和放电的电容器的电容器充电器系统(100)，其中所述电容器充电器系统(100)包括用于经由输出整流器(120)连接至所述电容器的谐振功率变换器(110)，
所述谐振功率变换器(110)包括基于开关的桥接网络(112；112-1、112-2)、内部变压器(118)、谐振电路(114)和稳幅电路(116)，
所述基于开关的桥接网络(112；112-1、112-2)包括至少一对受控开关(Q1、Q2；Q1、Q2、Q3、Q4)，
所述谐振电路(114)包括含有至少一个电容构件(C)和至少一个电感构件(L)的串联谐振支路，并且所述谐振电路(114)在电路通路中连接至所述基于开关的桥接网络(112；112-1、112-2)的一对受控开关之间的中点，并且所述谐振电路(114)的电容部分(C)与所述内部变压器(118)的初级绕组连接成串联通路，
所述稳幅电路(116)被配置为提供所述谐振电路(114)的谐振振幅的稳定化，并且所述稳幅电路包括连接于以下两者之间的单向导电电路：
i)由所述电路通路中在从所述串联谐振支路的电容构件(C)到电感构件(L)的任意位置的结限定的无约束节点，以及
ii)在操作时具有预定的电压电平的所述谐振功率变换器(110)的至少一个连接点，
以便由此稳定谐振振幅使其在预定的限度内变动；
其中所述单向导电电路被配置为使得如果所述至少一个电容构件的电压落在选定的电容构件电压范围之外，则所述单向导电电路导通电流，由此所述无约束节点处的电压被约束在选定的无约束节点电压范围之内，从而将所述至少一个电容构件的电压限制在所述选定的电容构件电压范围之内；
其中待充电的所述电容器至少被部分地放电，并且所述电容器充电器系统(100)被要求对所述电容器再充电，并且所述稳幅电路(116)被配置为在再充电过程开始时介入以防止失控状态；并且
所述谐振功率变换器(110)被配置为经由所述内部变压器(118)的次级绕组连接至所述输出整流器(120)。
2.根据权利要求1所述的电容器充电器系统，其中所述单向导电电路包括：从所述结连接至在操作时具有预定的电压电平的连接点的二极管。
3.根据权利要求2所述的电容器充电器系统，其中所述二极管从所述结连接至由所述功率变换器(110)的一个电源轨代表的连接点。
4.根据权利要求3所述的电容器充电器系统，其中所述二极管从所述结连接至所述功率变换器(110)的DC电源轨。
5.根据权利要求1所述的电容器充电器系统，其中所述单向导电电路包括：从所述结连接至在操作时具有第一预定的电压电平的第一连接点的第一二极管，以及从所述结连接至在操作时具有第二预定的电压电平的第二连接点的第二二极管。
6.根据权利要求5所述的电容器充电器系统，其中每个二极管从所述结连接至由所述功率变换器(110)的相应一个电源轨代表的相应连接点。
7.根据权利要求6所述的电容器充电器系统，其中每个二极管从所述结连接至所述功率变换器(110)的相应一个DC电源轨。
8.根据权利要求5所述的电容器充电器系统，其中所述第一连接点在操作时具有正电压电平，而所述第二连接点在操作时具有负电压电平。
9.根据权利要求1所述的电容器充电器系统，其中所述谐振电路(114)的电感部分(L)与所述内部变压器(118)的初级绕组集成在一起。
10.根据权利要求1所述的电容器充电器系统，其中所述谐振功率变换器(110)被配置为基于在所述谐振电路(114)的所述谐振频率的10％之内的开关频率来操作。
11.根据权利要求10所述的电容器充电器系统，其中所述谐振功率变换器(110)被配置为基于在所述谐振电路(114)的所述谐振频率的5％之内的开关频率来操作。
12.根据权利要求11所述的电容器充电器系统，其中所述谐振功率变换器(110)被配置为基于在所述谐振电路(114)的所述谐振频率的3％之内的开关频率来操作。
13.根据权利要求12所述的电容器充电器系统，其中所述谐振功率变换器(110)被配置为基于在所述谐振电路(114)的所述谐振频率的1％之内的开关频率来操作。
14.根据权利要求10所述的电容器充电器系统，其中所述谐振功率变换器(110)被配置为基于不比给定的安全裕度更接近所述谐振频率的开关频率来操作，以避免在所述功率变换器的周期之间的任何重叠。
15.根据权利要求1所述的电容器充电器系统，其中所述谐振电路(114)包括含有串联的电容器(C)和电感器(L)的串联谐振支路，并且所述无约束节点由在所述电容器与所述电感器之间的结，即所谓的串联谐振支路的LC结所限定。
16.根据权利要求1所述的电容器充电器系统，其中所述谐振功率变换器(110)是谐振半桥变换器或谐振全桥变换器。
17.根据权利要求1所述的电容器充电器系统，其中所述预定的电压电平是固定的且稳定的电压电平。
18.根据权利要求1至17中的任一项所述的电容器充电器系统，其中另一个电容器(Cs)与所述内部变压器(118)的所述初级绕组布置成串联通路，并且被配置为防止因DC电流积聚所致的变压器的饱和。
19.一种包括根据权利要求1至18中的任一项所述的电容器充电器系统(100)的功率调制器。
20.一种谐振功率变换器(110)，用于经由输出整流器(120)连接至待周期性地充电和放电的电容器，所述谐振功率变换器(110)包括：
基于开关的桥接网络(112；112-1、112-2)，其中所述基于开关的桥接网络包括至少一对受控开关(Q1、Q2；Q1、Q2、Q3、Q4)，
内部变压器(118)，
谐振电路(114)，其中所述谐振电路包括含有至少一个电容构件(C)和至少一个电感构件(L)的串联谐振支路，并且所述谐振电路(114)在电路通路中连接至所述基于开关的桥接网络(112；112-1、112-2)的一对受控开关之间的中点，并且所述谐振电路(114)的电容部分(C)与所述内部变压器(118)的初级绕组连接成串联通路，
稳幅电路(116)，其中所述稳幅电路被配置为提供所述谐振电路(114)的谐振振幅的稳定化，并且所述稳幅电路包括连接于以下两者之间的单向导电电路：
i)由所述电路通路中在从所述串联谐振支路的电容构件(C)到电感构件(L)的任意位置的结限定的无约束节点，以及
ii)在操作时具有预定的电压电平的所述谐振功率变换器(110)的至少一个连接点，
以便由此稳定所述谐振振幅使其在预定的限度内变动；
其中所述单向导电电路被配置为使得如果所述至少一个电容构件的电压落在选定的电容构件电压范围之外，则所述单向导电电路导通电流，由此所述无约束节点处的电压被约束在选定的无约束节点电压范围之内，从而将所述至少一个电容构件的电压限制在所述选定的电容构件电压范围之内；
其中待充电的所述电容器至少被部分地放电，其中所述稳幅电路(116)被配置为在所述电容器的再充电过程开始时介入以防止失控状态。
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