CN111711357B - 一种截流型单极性Marx反激式高压直流电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于直流电源技术领域，具体为一种截流型单极性Marx反激式高压直流电源装置。该装置包括：输入交流电源、交流整流电路、截流型单极性Marx电路系统，反激变压器，反激整流电路；输入交流电源通过交流整流电路整流成直流电后，作为截流型单极性Marx电路的输入充电电源，然后通过截流型单极性Marx电路的并联充电串联放电给反激变压器进行反激模式运行，最后通过反激整流电路整理后获得高压直流电源。本发明有效解决了单极性Marx电路与反激变压器共同运行问题，改进的截流型单极性Marx电路可以提供足够的高压以获得高压直流，也可以大幅度提高电压和功率。

Description

一种截流型单极性Marx反激式高压直流电源装置
技术领域
本发明属于直流电源技术领域，具体涉及大功率的重复频率高压直流电源。
技术背景
高压直流电源是指能在较短时间内输出较高稳定直流电压的设备，高压直流电源能普遍使用于各个领域，在农业领域，高压直流电源可以运用于静电雾化液体消灭虫害、农业生物对于静电的效应，种子静电处理等；在医疗工程技术中，CT摄影机，X光机需要在极短时间内提供极高电压，便可以使用电压直流电源技术。
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。其输出表现为一个窄脉冲高压方波，这与常规的开关电源相类似，因此把这种电路模式改进为斩波电路形式，那么也就可以应用在开关模式的直流电源，且输出是高压，本发明就是这个技术方向的。
采用基于单极性Marx电路，其工作模式是并联充电串联放电，是与开关电源中的反激电路工作模式相同，而单极性Marx电路与反激电路不同的续流模式，因此需截断反向电流回馈。本发明对于传统单极性Marx电路加以改进，采用每级在充电管端接反向二级管以截流反向能量回馈。
该技术能成功应用于高压直流电源，既可以实现大功率能量传输，又有在可以提高电压、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能够高压、大功率、高频率和快速充电的截流型单极性Marx反激式高压直流电源装置。
本发明提供的截流型单极性Marx反激式高压直流电源装置，包括：输入交流电源，交流整流电路，充电控制开关，截流型单极性Marx电路，反激变压器以及反激整流电路；其中，截流型单极性Marx电路由多个截流型单极性Marx电路模块级联而成；其中，输入交流电源与交流整流电路连接，交流整流电路与充电控制开关连接，充电控制开关与截流型单极性Marx电路相连，截流型单极性Marx电路与反激变压器连接，反激变压器与反激整流电路相连；交流整流电路输出的直流电由充电控制开关控制。具体参见图1所示。
本发明中，截流型单极性Marx电路由单向二极管、直流储能电容、上桥臂开关、下桥臂开关、下桥臂截流二极管组成；其中，单向二极管的上端与充电控制开关相连接，单向二极管的下端与直流储能电容的上端及上桥臂开关的上端相连接，也与下一级流型单极性Marx模块相连接，直流储能电容的上端与下桥臂截流二极管的下端相连接，上桥臂开关的下端与下桥臂开关的上端相连接，也与下一级截流型单极性Marx模块的直流充电电容下端相连接，下桥臂开关的下端与下桥臂截流二极管的上端相连接。
本发明中，截流型单极性Marx电路半桥中点输出与反激变压器的一端相连，而反激变压器的另外一端与交流整流电路相连。
本发明的截流型单极性Marx反激式高压直流电源装置的工作原理如下：
输入交流电源经交流整流电路后得到直流电，直流电由充电开关控制其充电模式，具体有并联充电、串联放电模式；先给截流型单极性Marx电路的直流储能电容充电，然后由截流型单极性Marx电路放电模式把直流储能电容给反激变压器充电储能；同时再截流型单极性Marx电路的充电时，反激变压器存储的磁能给反激整流电路放电。
具体地，输入交流电源经过交流整流电路后得到直流电压；然后经多级截流型单极性Marx电路调制，输出多倍于交流整流电路后得到直流电压，再次通过反激变压器获得再一次升压，获得周期电流恒流的高压直流电源输出；
多级截流型单极性Marx电路通过下管控制并联给每一个截流型单极性Marx电路的直流储能电容充电，然后通过多级截流型单极性Marx电路通过上管控制串联给反激变压器放电；
多级截流型单极性Marx电路的截流二极管防止反激变压器的能量可以回馈到反激变压器的输出至反激整流电路，而不会使得其能量回馈到交流整流电路。
本发明的有益效果是：
1．通过截流型单极性Marx电路能输出单向电流的高压方波。
2．通过反激变压器能限制输出电流的大小。
3．配比截流型单极性Marx电路和反激变压器的变比，能极大的提高充电电压和输出周期恒定的电流值。
附图说明
图1是本发明的截流型单极性Marx反激式高压直流电源装置结构示意图。
图中标号：1为输入交流电源，2为交流整流电路，3为充电控制开关，4为第一截流型单极性Marx模块，5为单向二极管，6为直流储能电容，7为上桥臂开关，8为下桥臂开关，9为下桥臂截流二极管，10为第n级截流型单极性Marx模块，11为反激变压器，12为反激整流电路。
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。
本发明截流型单极性Marx反激式高压直流电源装置，其结构示意图如图1，包括输入交流电源1，交流整流电路2，充电控制开关3，第一级截流型单极性Marx模块4，单向二极管5，直流储能电容6，上桥臂开关7，下桥臂开关8，下桥臂截流二极管9，第n级截流型单极性Marx模块10，反激变压器11，反激整流电路12。输入交流电源1与交流整流电路2相连接，交流整流电路2与充电控制开关3相连接，充电控制开关3与截流型单极性Marx模块4相连接，第一级截流型单极性Marx模块4与第n级截流型单极性Marx模块10依次相连接，第n级截流型单极性Marx模块10与反激变压器11原边的一端相连接，反激变压器11原边的另一端与交流整流电路2的一端相连接，反激变压器11的副边与反激整流电路12相连接。而对截流型单极性Marx模块4中的单向二极管5上端与充电控制开关3相连接，单向二极管5另下端与直流储能电容6上端及上桥臂开关7上端相连接，也与下一级流型单极性Marx模块相连接，直流储能电容6上端与下桥臂截流二极管9的下端相连接，上桥臂开关7的下端与下桥臂开关8的上端相连接，也与下一级截流型单极性Marx模块的直流充电电容下端相连接，下桥臂开关8的下端与下桥臂截流二极管9的上端相连接。
本发明工作时，首先，输入交流电源1通过交流整流电路2整流后成为直流电源，交流整流电路2整流后成为直流电源通过充电控制开关3、截流型单极性Marx模块的单向二极管5和下桥臂开关8对直流储能电容6及进行并联充电，然后通过截流型单极性Marx模块的上桥臂开关7直流储能电容6对反激变压器11进行串联放电，再通过截流型单极性Marx模块的单向二极管5和下桥臂开关8对直流储能电容6及进行并联充电时，反激变压器11存储的磁能量对反激整流电路12进行放电，最后反激整流电路12就可以获得可控的高压直流电。
本发明的采用截流型单极性Marx获得一次高压，然后经反激变压器二次升压获得更高的电压，而且通过反激变压器电路还可以限流，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 (2)

1.一种截流型单极性Marx反激式高压直流电源装置，其特征在于，包括：输入交流电源，交流整流电路，充电控制开关，截流型单极性Marx电路，反激变压器以及反激整流电路；其中，截流型单极性Marx电路由多个截流型单极性Marx电路模块级联而成；其中，输入交流电源与交流整流电路连接，交流整流电路与充电控制开关连接，充电控制开关与截流型单极性Marx电路相连，截流型单极性Marx电路与反激变压器连接，反激变压器与反激整流电路相连；所述交流整流电路输出的直流电由充电控制开关控制；
所述截流型单极性Marx电路模块由单向二极管、直流储能电容、上桥臂开关、下桥臂开关、下桥臂截流二极管组成；其中，单向二极管的上端与充电控制开关相连接，单向二极管的下端与直流储能电容的上端及上桥臂开关的上端相连接，也与下一级截流型单极性Marx电路模块相连接，直流储能电容的上端与下桥臂截流二极管的下端相连接，上桥臂开关的下端与下桥臂开关的上端相连接，也与下一级截流型单极性Marx电路模块的直流充电电容下端相连接，下桥臂开关的下端与下桥臂截流二极管的上端相连接。
2.根据权利要求1所述的截流型单极性Marx反激式高压直流电源装置，其特征在于，工作流程如下：
输入交流电源经交流整流电路后得到直流电，直流电由充电开关控制其充电模式，具体有并联充电、串联放电模式；先给截流型单极性Marx电路的直流储能电容充电，然后由截流型单极性Marx电路放电模式把直流储能电容给反激变压器充电储能；同时再截流型单极性Marx电路的充电时，反激变压器存储的磁能给反激整流电路放电。
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《Repetitive High-Voltage Pulse Modulator Using Bipolar Marx Generator Combined With Pulse Transformer》;Yonggang Wang等;《IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE》;第46卷(第10期);全文 *

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