[发明专利]一种蓄电池供电的脉冲电容充电电源及其控制方法

说明书

本发明公开了一种蓄电池供电的脉冲电容充电电源。主电路采用两级升压结构，前级为交错并联双Boost变换器，后级采用LCC谐振变换器。其中交错并联双Boost变换器能够实现比较高的升压比，减小输出电压纹波；LCC谐振变换器能够充分利用变压器的寄生参数，实现开关管的软开关，同时以小脉冲的形式对负载电容进行充电，能实现较高的充电精度。本发明首次提出交错并联双Boost变换器和LCC谐振变换器组成的两级脉冲电容充电电源结构，前级通过电压电流双闭环控制实现了稳定升压，提高了响应速度，后级通过临界断续恒流控制实现了全范围软开关和恒流充电，提高了充电速度、充电效率以及充电线性度，提升了脉冲电容充电电源的充电性能。

技术领域

本发明属于电力电子变换器领域，特别涉及一种蓄电池供电的脉冲电容充电电源及其控制方法。

背景技术

传统的直流电源一般向固定负载提供稳定高效的直流电压或电流，电源大多数时间工作在稳定状态，而在有一些应用领域，如强激光、粒子加速器、雷达、电磁发生等，则需要系统在短暂的时间内提供可重复、高密度、高功率的能量输出，称之为高能脉冲系统。这些能量一般由脉冲电容储能，然后在短时内释放提供，而脉冲电容充电电源的质量关系到脉冲电容能否在额定的时间内稳定的充到额定电压并保持至放电。

高频变换器具有较高的开关频率，可以减小电路中磁性元件的体积，提高充电电源的功率密度，并降低电源的设计成本；同时，它是以小脉冲的充电方式对电容进行充电，输出电压缓慢上升，充电精度高，因此高频变换器在电容充电电源中应用比较广泛。理想的LC串联谐振变换器工作在电流断续模式时输出电流恒定，可以实现恒流充电，但是受高频高压变压器寄生参数的影响，LC串联谐振变换器实质上是LCC串并联谐振变换器。目前对于工作在断续模式下的LCC谐振变换器的主流控制方式为定频控制，不仅控制简单，还能实现全范围零电流软开关，提高电路效率和可靠性。但是定频控制下的LCC谐振变换器随着充电电压的上升，电流衰减速度很快，严重影响了充电速度和充电线性度。

脉冲电容充电电源大多数使用三相交流电整流后为电源供电，而在某些低压源供电的场合，如电磁武器，激光武器移动作战等，则需要使用蓄电池或超级电容作为初级储能为系统供电，这个时候要求电源能将几十伏的电压升到数千伏甚至十千伏以上。若直接使用一级结构升压，会造成变压器线圈匝数过多，体积庞大，效率降低，且由于低压端电流大，电流变化过快，会造成大的电磁干扰。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种蓄电池供电的脉冲电容充电电源及其控制方法，以提高脉冲电容充电电源的性能，通过采用临界断续恒流控制，在提升充电效率的同时提升充电速度和充电线性度，针对蓄电池供电的应用场合，通过两级升压结构，在LCC谐振变换器前加交错并联双Boost变换器，使变压器体积减小，提高充电效率，减小电磁干扰。

实现本发明的技术解决方案为：一种蓄电池供电的脉冲电容充电电源，通过交错并联双Boost变换器、电压电流双闭环控制、LCC谐振变换器和临界断续恒流控制实现。其中：

交错并联双Boost变换器为前级升压电路，由两个Boost变换器并联组成，上下支路180°移相控制，用于提升后级LCC谐振变换器的输入电压等级。

电压电流双闭环控制为前级交错并联双Boost变换器的控制方式，用于稳定前级输出电压、实现支路电流均衡。

LCC谐振变换器为后级升压电路，由全桥逆变电路、LCC谐振腔、变压器和全桥整流电路组成，用于对脉冲电容充电。

临界断续恒流控制为后级LCC谐振变换器的控制方式，用于提升脉冲电容充电电源的性能。

本发明所提出的一种蓄电池供电的脉冲电容充电电源的控制方法，实现步骤如下：