[发明专利]一种基于双极性Marx电路的串联谐振充电装置

权利要求书

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。