[发明专利]一种多模态高频谐振充电电路

说明书

本发明属于电力电子谐振变换器领域，提供了一种多模态高频谐振充电电路，包括：依次连接的直流源，多桥臂并联的逆变桥，多路谐振槽，多绕组变压器，高频整流桥和滤波电容；多桥臂并联的逆变桥由N对桥臂并联而成；多路谐振槽至少包括N个等效谐振元件；多绕组变压器为多磁路并联结构，至少具有N个分支磁路，多绕组变压器的原边绕组至少有N‑1个，分别与桥臂中点电气连接；多绕组变压器的副边绕组至少1个，与高频整流桥电气连接。本发明中，由于开关桥臂的复用，谐振元件的减少，变压器的集成，变换器电路的体积大大减小，功率密度增加，开关利用率增加。

技术领域

本发明属于电力电子谐振变换器领域，更具体地，涉及一种多模态高频谐振充电电路。

背景技术

在高压脉冲电容负载充电储能过程中，开始阶段电容负载近乎短路，属于重负载；到充电末期电容负载近于开路，属于轻载或空载。充电过程负载变化范围很大，这就要求充电电源能适应宽范围变化的电容负载。为提高电池组充电效率，循环使用寿命，恒流-恒压充电法、脉冲充电法、正弦波充电法、多段恒流充电法等多种充电策略均有相关研究。

谐振变换器具有开关损耗小的优点；串联型谐振变换器具有充电时无直流分量，轻载下器件导通损耗低，具有天然抗短路性能的优点；并联型谐振变换器具有充电电流恒定，轻载效率高，输出电压易调节，具有天然抗负载开路性能等优点。因此谐振类变换器被广泛的应用于充电电路之中。高频化、模块化、小型化、高功率密度是其普遍的发展方向，在电容器充电的应用中，快充电速度，高效率，高功率密度，高充电精度等则是主要关注的指标。

就单路谐振变换器的控制策略来说，为实现电容器充电前期充电迅速，中期满功率运行，后期电压纹波小精度高等需求，多采用谐振变换器的不同电流连续断续阶段的特性来实现。如LC串联谐振与LCC串并联谐振的电感电流断续阶段具有恒流源特性，充电电压线性增加，平均充电电流易调，可实现恒流充电；当其电感电流连续阶段，充电平均电流大，功率上升快，适合电容器前期充电。通常利用连续模式来实现电容充电前期的功率快速增加，利用断续模式来维持充电后期的电压稳定。

通常，工程师通过设计谐振槽元件的结构与电气参数，配合控制方法来实现所需的技术指标。然而只通过调节开关状态很难满足一些应用宽工作区间的需求。如X-ray机在诊断人体不同部位时需要不同等级的直流高压，因此输出电压的动态响应要求足够好，不允许有较大的超调，防止过高电压对X-ray发生器的损害，仅用某一谐振参数的充电机对于这一类的应用来说很难同时满足高电压放大倍数与低电压时的效率。又如在电容充电机的应用中，电感电流连续状态下的LCC谐振，通过频率调节的可调范围窄，而断续状态下电流峰值大，纹波大，导通损耗大，所以恒功率模式(常用断续模式)可调节的电流范围小，恒压模式(常用连续模式)充电电流峰值较大。

对于多路谐振变换器来说，通过多套不同谐振参数变换器并联的方式，可以实现不同的充电功率、电压等级、充电速率与电压电流纹波等需求。专利CN101257255A中利用变压器与谐振电感的磁集成，大大减小了变换器的体积；专利CN102611315A提供了一种多项交错并联的谐振变换器，实现了输出电流纹波小，谐振转换电路单元自动均流等特性。其不足之处在于会有多套逆变桥与变压器，体积大，器件多，而且由于不同路的分时运作，导致开关没有满负荷工作，导致了成本高，开关利用率低。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种多模态高频谐振充电电路，旨在解决现有的多路谐振电路需要多套逆变桥和多套变压器导致体积大，成本高，器件多且开关利用率低的问题。