CN111697656A - 一种基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置 - Google Patents

一种基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111697656A
CN111697656A CN202010569528.6A CN202010569528A CN111697656A CN 111697656 A CN111697656 A CN 111697656A CN 202010569528 A CN202010569528 A CN 202010569528A CN 111697656 A CN111697656 A CN 111697656A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bridge
full
circuit
tube switch
charging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010569528.6A
Other languages
English (en)
Inventor
童立青
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fudan University
Original Assignee
Fudan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fudan University filed Critical Fudan University
Priority to CN202010569528.6A priority Critical patent/CN111697656A/zh
Publication of CN111697656A publication Critical patent/CN111697656A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00711—Regulation of charging or discharging current or voltage with introduction of pulses during the charging process
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

本发明属于充电技术领域，具体为一种基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置。该装置包括：输入电源，双极性Marx电路系统，LC串联谐振电路，升压变压器，整流器和负载。输入电源通过双极性Marx电路调制后输出正负极性电源，然后通过LC串联谐振电路输出恒定峰值电流的高压电，再通过升压变压器升至需要的高压幅值，最后通过整流电路给负载充电。本发明有效的解决了快速的高压大功率恒流充电问题，也可以极大的提高脉冲功率源的充电电压和充电功率。

Description

一种基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置
技术领域
本发明属于充电技术领域，具体涉及大功率的重复频率高压直流充电装置。
技术背景
高压脉冲功率源的充电技术是随着高压脉冲功率技术发展起来的，上世纪60年代以来迅速发展固态脉冲功率技术要求有一个快速大功率充电源，因此逐渐形成一门独立的新兴技术领域，即串联谐振充电技术。脉冲功率技术又称高功率脉冲技术，它是一个研究在较长的时间里把能量存储起来，然后经过快速压缩、转换，最后在极短的时间以极高的功率密度向负载释放的电物理技术，实质上是输出功率对输入功率的放大，因此就要求有一个快速的高压充电技术。
由于对脉冲功率源充电，就是对一些并联电容快速充电，就必须防止充电电流过大而毁坏功率器件为。采用的电阻限流技术，但会增加损耗；而采用电感限流技术需要一个较大电感；最常用的采用半导体开关的串联谐振充电术，为得到高压而使得充电电流过小导致充电功率小及速度慢。这就要采用即能获得高压又能得到较大电流的充电就是，本发明就是针对这个技术方向的。
本发明采用基于双极性Marx电路的串联谐振充电是通过二级升压获得高电压，同时也有很大的充电电流，能应用大功率高重复频率的高压脉冲功率源。
该技术能成功应用于重复频率高压脉冲功率源，既可以实现大功率能量传输，又有在可以提高充电速度和充电效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高充电速度和高充电效率的基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置。
本发明提供的基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置，包括：输入电源，双极性Marx电路，LC串联谐振电路，升压变压器，整流器和负载电路；双极性Marx电路是由多级双极性Marx模块级联而成，双极性Marx模块包括充电控制半导体开关、隔离二极管、全桥电路和电容器；LC串联谐振电路包括电感L和电容C；其中：输入电源与双极性Marx电路连接，双极性Marx电路与LC串联谐振电路连接，LC串联谐振电路与升压变压器连接，升压变压器连接与整流器和负载电路连接，具体参见图1所示。
本发明中，双极性Marx电路完成正负波形调制及第一次升压变换。
本发明中，LC串联谐振电路完成电流的限流控制。
本发明中，升压变压器完成第二次升压变换。
本发明中，双极性电路典型的控制模式是并联充电和串联放电。
本发明中，双极性Marx电路包括串联充电控制开关、串联反向阻流二极管、全桥第一桥臂上管开关、全桥第二桥臂上管开关、全桥第一桥臂下管开关、全桥第二桥臂下管开关和直流充电电容；其中，串联充电控制开关与串联反向阻流二极管的阳极相连，串联反向阻流二极管的阴极与全桥第一桥臂上管开关的源极、全桥第二桥臂上管开关的源极、直流充电电容和下一级双极性Marx模块的串联充电开关相连，全桥第一桥臂上管开关的漏极与全桥第一桥臂下管开关的源极和输入地相连，全桥第二桥臂上管开关的漏极与全桥第二桥臂下管开关源极和下一级的全桥第一桥臂上管开关的漏极相连，全桥第一桥臂下管开关的漏极与全桥第二桥臂下管开关漏极和直流充电电容相连。参见图2所示。
本发明的基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置的工作过程如下：
输入电源给双极性Marx电路并联充电储能；
电能输入双极性Marx电路的电容上后，通过全桥调制电路输出高压正负极性电压，正负电压通过Marx拓扑串联输出；高压正负极性电压的大小由双极性Marx的级联级数决定，而控制模式是充放电是分离的，即并联充电和串联放电；
双极性Marx电路输出的正负极性电压通过LC串联谐振电路输出双极性恒流高压和峰值受限的交流正弦电流；输出的电压和电流幅值再通过升压变压器调制升压；最后经整流器整流后负载上获得高压及电流值受限的直流充电电源。
本发明的有益效果是：
1．通过双极性Marx电路系统能输出高压大电流正负极性电源；
2．通过LC串联谐振电路能限制最大输出电流；
3．通过升压变压器再一次升高电压；
4．配比双极性Marx电路级数和升压变压器的变比，能极大的提高充电电流值。
附图说明
图1是本发明一种基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置结构示意图。
图2是本发明双极性Marx电路结构示意图。
图3是本发明双极性Marx电路控制方式示意图。
图中标号：1为输入电源，2为双极性Marx电路，3为串联电感，4为串联电容，5为升压变压器，6为整流器和负载电路，7为第一级双极性Marx模块；8为第n级双极性Marx模块，9为充电控制半导体开关，10为隔离二极管，11为全桥左上管，12为全桥右上管，13为全桥左下管，14为全桥右下管，15为全桥储能电容，16为第一控制方式，即串联充电控制开关9和全桥第一桥臂下管开关13的的典型控制方式，17为第二控制方式，即全桥第一桥臂上管开关11和全桥第一桥臂下管开关13的的典型控制方式，18为第三控制方式，即全桥第二桥臂上管开关12和全桥右下管14的典型控制方式。
具体实施方式
为了使本发明技术实现的措施、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
图1是本发明一种基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置结构示意图。本发明提供了一种基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置，包括输入电源1，双极性Marx电路2，串联电感3，串联电容4，升压变压器5，整流器和负载电路6。输入电源1与双极性Marx电路系统2相连接，双极性Marx电路系统2与串联电感3相连接，串联电感3与串联电容4相连接，串联电容4与升压变压器5相连接，升压变压器5与整流器和负载电路6相连接。
图2是本发明基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置的双极性Marx电路结构示意图。双极性Marx电路2包括：第一级Marx电路7、后级Marx电路8，前后电路一致且控制方式也相同。单级双极性Marx电路包括串联充电控制开关9、串联反向阻流二极管10、全桥第一桥臂上管开关11、全桥第二桥臂上管开关12、全桥第一桥臂下管开关13、全桥第二桥臂下管开关14和直流充电电容15。
图3是本发明基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置的双极性Marx电路典型的开关系统控制时序图。双极性Marx电路开关控制方式（即时序图）包括：串联充电控制开关9和全桥第一桥臂下管开关13的第一控制方式（即时序图）16，全桥第一桥臂上管开关11和全桥第一桥臂下管开关13的第二控制方式（即时序图）17，以及全桥第二桥臂上管开关12的第三控制方式（即时序图）18。
本发明装置工作过程如下：
首先，输入电源1通过第一控制方式16导通串联充电控制开关9和全桥第一桥臂下管开关13，给直流充电电容15充电；然后通过第一控制方式16关断串联充电控制开关9和全桥第一桥臂下管开关13；
然后，根据第二控制方式17导通全桥第一桥臂上管开关11和全桥第一桥臂下管开关13，给串联电感3与串联电容4相正向通流，通过一定时间通流后按第二控制方式17关断全桥第一桥臂上管开关11和全桥第一桥臂下管开关13，此时串联电感3与串联电容4的谐振模式电流续流。
接着，通过第一控制方式16和第三控制方式18给全桥第一桥臂下管开关13和全桥第二桥臂上管开关12反向通流，再根据第一控制方式16和第三控制方式18关断全桥第一桥臂下管开关13和全桥第二桥臂上管开关12；得到的正负序电压和电流通过升压变压器5二次升压，最后通过整流器和负载电路6获得高压直流。
本发明的采用多级双极性Marx电路获得一次高压，然后经变压器二次升压获得更高的电压，而且通过LC串联谐振电路限流，获得周期恒定的电流，本发明设计独特、巧妙。
上述实施例只是说明了本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (5)

1.一种基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置，其特征在于，包括：输入电源，双极性Marx电路，LC串联谐振电路，升压变压器，整流器和负载电路；其中，双极性Marx电路是由多级双极性Marx模块级联而成，单级双极性Marx模块包括充电控制半导体开关、隔离二极管、全桥电路和电容器；LC串联谐振电路包括电感L和电容C；其中：输入电源与双极性Marx电路连接，双极性Marx电路与LC串联谐振电路连接，LC串联谐振电路与升压变压器连接，升压变压器连接与整流器和负载电路连接；
所述双极性Marx电路用于实现正负波形调制及第一次升压变换；
所述LC串联谐振电路用于实现电流的限流控制；
所述升压变压器用于实现第二次升压变换。
2.根据权利要求1所述的基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置，其特征在于，双极性电路典型的控制模式是并联充电和串联放电。
3.根据权利要求2所述的基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置，其特征在于，所述单级双极性Marx电路包括串联充电控制开关、串联反向阻流二极管、全桥第一桥臂上管开关、全桥第二桥臂上管开关、全桥第一桥臂下管开关、全桥第二桥臂下管开关和直流充电电容；其中，串联充电控制开关与串联反向阻流二极管的阳极相连，串联反向阻流二极管的阴极与全桥第一桥臂上管开关的源极、全桥第二桥臂上管开关的源极、直流充电电容和下一级双极性Marx模块的串联充电开关相连，全桥第一桥臂上管开关的漏极与全桥第一桥臂下管开关的源极和输入地相连，全桥第二桥臂上管开关的漏极与全桥第二桥臂下管开关源极和下一级的全桥第一桥臂上管开关的漏极相连，全桥第一桥臂下管开关的漏极与全桥第二桥臂下管开关漏极和直流充电电容相连。
4.根据权利要求3所述的基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置，其特征在于，工作过程如下：
输入电源给双极性Marx电路并联充电储能；
电能输入双极性Marx电路的电容上后，通过全桥调制电路输出高压正负极性电压，正负电压通过Marx拓扑串联输出；高压正负极性电压的大小由双极性Marx的级联级数决定，而控制模式是充放电是分离的，即并联充电和串联放电；
双极性Marx电路输出的正负极性电压通过LC串联谐振电路输出双极性恒流高压和峰值受限的交流正弦电流；输出的电压和电流幅值再通过升压变压器调制升压；最后经整流器整流后负载上获得高压及电流值受限的直流充电电源。
5.根据权利要求4所述的基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置，其特征在于，所述双极性Marx电路开关控制方式即时序图包括：串联充电控制开关和全桥第一桥臂下管开关的第一控制方式，全桥第一桥臂上管开关和全桥第一桥臂下管开关的第二控制方式，以及全桥第二桥臂上管开关的第三控制方式；工作过程如下：
首先，输入电源通过第一控制方式导通串联充电控制开关和全桥第一桥臂下管开关，给直流充电电容充电；然后通过第一控制方式关断串联充电控制开关和全桥第一桥臂下管开关；
然后，根据第二控制方式导通全桥第一桥臂上管开关和全桥第一桥臂下管开关，给电感L与电容C相正向通流，通过一定时间通流后按第二控制方式关断全桥第一桥臂上管开关和全桥第一桥臂下管开关，此时电感L与电容C的谐振模式电流续流；
接着，通过第一控制方式和第三控制方式给全桥第一桥臂下管开关和全桥第二桥臂上管开关反向通流，再根据第一控制方式和第三控制方式关断全桥第一桥臂下管开关和全桥第二桥臂上管开关；得到的正负序电压和电流通过升压变压器二次升压，最后通过整流器和负载电路获得高压直流。
CN202010569528.6A 2020-06-20 2020-06-20 一种基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置 Pending CN111697656A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010569528.6A CN111697656A (zh) 2020-06-20 2020-06-20 一种基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010569528.6A CN111697656A (zh) 2020-06-20 2020-06-20 一种基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111697656A true CN111697656A (zh) 2020-09-22

Family

ID=72482481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010569528.6A Pending CN111697656A (zh) 2020-06-20 2020-06-20 一种基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111697656A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104079189A (zh) * 2014-07-21 2014-10-01 彭亚斌 一种高压电容器充电电源
CN104617808A (zh) * 2015-01-30 2015-05-13 重庆市计量质量检测研究院 新型极性可调方波高压脉冲电源电路及产生双极性脉冲的控制策略
CN105356758A (zh) * 2015-12-03 2016-02-24 东北电力大学 一种高频隔离型dc-dc双级功率变换系统结构
CN109510611A (zh) * 2018-12-27 2019-03-22 上海理工大学 一种基于Marx结构的多级谐振充电型脉冲功率发生器
CN110429926A (zh) * 2019-07-30 2019-11-08 陕西科技大学 一种基于单片机的模块化脉冲高压电源
CN110971138A (zh) * 2019-12-13 2020-04-07 哈尔滨理工大学 新型双极性高压脉冲电源电路及产生双极性脉冲的控制策略

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104079189A (zh) * 2014-07-21 2014-10-01 彭亚斌 一种高压电容器充电电源
CN104617808A (zh) * 2015-01-30 2015-05-13 重庆市计量质量检测研究院 新型极性可调方波高压脉冲电源电路及产生双极性脉冲的控制策略
CN105356758A (zh) * 2015-12-03 2016-02-24 东北电力大学 一种高频隔离型dc-dc双级功率变换系统结构
CN109510611A (zh) * 2018-12-27 2019-03-22 上海理工大学 一种基于Marx结构的多级谐振充电型脉冲功率发生器
CN110429926A (zh) * 2019-07-30 2019-11-08 陕西科技大学 一种基于单片机的模块化脉冲高压电源
CN110971138A (zh) * 2019-12-13 2020-04-07 哈尔滨理工大学 新型双极性高压脉冲电源电路及产生双极性脉冲的控制策略

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王冬冬: "大功率固态开关在脉冲功率应用中的特性研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107959429B (zh) 一种耦合电感升压逆变器及其控制方法
CN105515377A (zh) 一种基于耦合电感和倍压电容的软开关高增益直流变换器
CN106026657A (zh) 非隔离高增益dc-dc升压变换器
CN103095134A (zh) 一种有源网络升压变换器
CN100353652C (zh) 复合式全桥三电平直流变换器和全桥三电平直流变换器
CN103633839A (zh) 一种改进型z源升压dc-dc变换器
CN105939112A (zh) 一种高增益准开关升压dc-dc变换器
CN203883673U (zh) 一种改进型z源升压dc-dc变换器
CN109698618B (zh) 耦合电感升压单元实现的高增益boost变换器及其控制方法
CN100539374C (zh) 零电压开关复合式全桥三电平直流变换器
CN114531028A (zh) 一种四开关升降压变换器的过零点谐振zvs控制电路
CN101005240A (zh) 副边箝位的隔离型直流变换器
CN110034681A (zh) 一种交错并联zvzcs高升压dc/dc变换器
CN110752752B (zh) 一种适用于光伏直流升压系统的高变比dc-dc变换器及方法
Li et al. Coupled inductor based ZVS high step-up DC/DC converter in photovoltaic applications
CN115514212A (zh) 基于高增益升压型DC-DC变换器的Marx高压脉冲电源
CN115642800A (zh) 一种非隔离高电压增益单开关dc-dc变换器及其控制方法
CN111697656A (zh) 一种基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置
CN110071651B (zh) 一种结构对称的非隔离型升压逆变电路
CN210518137U (zh) 一种开关电容型高频功率脉冲发生电路
CN210490731U (zh) 一种高升压比直流转换装置
CN109149954A (zh) 一种宽负载范围软开关电流型推挽直流变换器
Ekkaravarodome et al. High step-up DC-DC push-pull resonant based on low cost half-wave class-D rectifier
CN108075669B (zh) 带集成级联结构的dc-dc变换器
Ekkaravarodome et al. DC-DC high conversion ratio push-pull resonant converter based on voltage double rectifier

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200922

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication