基于高增益升压型DC-DC变换器的Marx高压脉冲电源制造技术

本发明专利技术公开了一种基于高增益升压型DC

【技术实现步骤摘要】
基于高增益升压型DC
‑
DC变换器的Marx高压脉冲电源


[0001]本专利技术属于高压脉冲电源
，具体涉及一种基于高增益升压型DC
‑ꢀ
DC变换器的Marx高压脉冲电源。

技术介绍

[0002]现有具有高增益的Marx高压脉冲电源在医疗中癌症的治疗、水处理、废气处理、灭菌、电子与离子束产生与加速、静电除尘领域及其它需要高压脉冲的应用场合得到了广泛的关注和应用。但是，在现有的Marx高压脉冲电源中，单极Marx电压增益较小，为得到高压脉冲需要一个高压直流电源或大量的模块，造成消耗更多的电子器件以及更多的开关管功率损耗。
[0003]针对现有Marx高压脉冲电源存在需要大量的模块和电压增益小的缺点，构造具有低开关功率损耗和高电压增益的Marx高压脉冲电源有着重要的经济价值和实际工程意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于高增益升压型DC
‑
DC变换器的Marx高压脉冲电源，该高压脉冲电源可以实现更低的开关功率损耗和更高的电压增益。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种基于高增益升压型DC
‑
DC变换器的Marx高压脉冲电源，包括开关电感模块、开关管SL、开关管Sc和发生器模块；
[0007]所述开关电感模块二极管D1、二极管D2、二极管D3、电感L1和电感L2，二极管D1与电感L2的正向串联，电感L2的负向与二极管D2串联，二极管 D1的正极和电感L2的正向并联后连接电源Vin正极，电感L1的负向与二极管D2的负极并联，二极管D3的负极连接在二极管D1连接在二极管D1与电感L2之间，二极管D3的正极连接在电感L2的负向与二极管D2之间。
[0008]所述开关管SL的集电极连接二极管D2的负极，开关管SL的集电极的发射极连接开关管Sc的发射极，并连接电源Vin负极，开关管SL的集电极和开关管Sc的集电极连接发生器模块，发生器模块连接负载RL。
[0009]优选的，所述发生器模块包括多个级联的Marx发生器。
[0010]优选的，所述Marx发生器包括二极管D4、二极管D5、电容C1和开关管 Si；
[0011]所述二极管D5的正极连接开关管Si的集电极，二极管D5的负极连接电容C1的一端，电容C1的另一端连接二极管D4的正极，开关管Si的发射极连接在电容C1和二极管D4的正极之间，二极管D4的负极连接开关管Sc的集电极。
[0012]优选的，所述开关管SL和开关管SC、开关管Si为MOSFET、IGBT或 GaNFET。
[0013]优选的，当开关管SL导通，开关管Sc和发生器模块的开关管Si关断，电感L1和电感L2并联充电。
[0014]优选的，当开关管SL和发生器模块的开关管Si关断，开关管SC导通，二级管D1和二
极管D2关断，发生器模块的多个电容并联由电感L1和电感L2 和输入电压Vin充电。
[0015]优选的，当多个电容并联充电时，电容的最大电压如下：
[0016][0017]优选的，当开关管SL开通，二级管D1、二级管D2开通，电感充电，发生器模块的开关管导通，电容串联放电给负载并产生高压脉冲。
[0018]优选的，所述电容串联放电时，电压峰值如下：
[0019][0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0021]本专利技术基于高增益升压型DC
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DC变换器的Marx高压脉冲电源，包括两个开关管、开关电感、级联的Marx发生器构成，在相同的工况下，本专利技术的Marx 高压脉冲电源在可以实现高增益脉冲的同时，相比于已有的Marx高压脉冲电源，可以实现低开关功率损耗和更高的电压增益。同时，也具有拓扑结构简单、电子器件少的优点。
[0022]进一步，该基于高增益升压型DC
‑
DC变换器的Marx高压脉冲电源在一个开关周期中有三个工作模态；工作模态一，通过控制开关管SL导通，开关管 Sc、开关管Si关断，实现了输入直流电源Vin向开关电感充电；工作模态二，控制开关管SL、开关管Si关断，开关管SC开通，开关电感向并联电容充电；工作模态三，控制开关管SL开通，开关电感充电，开关管Si开通，电容串联给负载放电，在负载上产生高压脉冲，开关管SC。本专利技术只在第一个开关周期中有三个工作模态，在接下来的开关周期中只有二和三两个工作模态。因此，本专利技术工作方式简单。整个控制过程简单，仅通过开关管的导通和关闭实现高升压增益。
附图说明
[0023]图1是传统Marx高压脉冲电源的拓扑结构图；
[0024]图2是本专利技术基于高增益升压型DC
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DC变换器的n级Marx高压脉冲电源；
[0025]图3是本专利技术基于高增益升压型DC
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DC变换器的4级Marx高压脉冲电源；
[0026]图4是本专利技术基于高增益升压型DC
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DC变换器的4级Marx高压脉冲电源三个工作模态的工作原理图；
[0027](a)为开关管SL导通，开关管Sc、开关管Si关断，(b)为开关管SL、开关管Si关断，开关管SC开通，(c)为开关管SL、开关管Si关断，开关管 SC开通；
[0028]图5是本专利技术高增益Marx高压脉冲电源与Marx高压脉冲电源的仿真电流和电压波形对比图；
[0029](a)为本专利技术的仿真电流和电压波形，(b)为传统仿真电流和电压波形；
[0030]图6是本专利技术高增益Marx高压脉冲电源的输出电压对比图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。
[0032]参阅图2
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6，一种基于高增益升压型DC
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DC变换器的Marx高压脉冲电源，包括开关电感模块、开关管SL、开关管Sc和发生器模块；
[0033]所述开关电感模块二极管D1、二极管D2、二极管D3、电感L1和电感L2，二极管D1与电感L2的正向串联，电感L2的负向与二极管D2串联，二极管 D1的正极和电感L2的正向并联后连接电源Vin正极，电感L1的负向与二极管D2的负极并联，二极管D3的负极连接在二极管D1连接在二极管D1与电感L2之间，二极管D3的正极连接在电感L2的负向与二极管D2之间。
[0034]所述开关管SL的集电极连接二极管D2的负极，开关管SL的集电极的发射极连接开关管Sc的发射极，并连接电源Vin负极，开关管SL的集电极和开关管Sc的集电极连接发生器模块，发生器模块连接负载RL。
[0035]所述发生器模块包括多个级联的Marx发生器，下面以单极Marx发生器为例进行说明，Marx发生器包括二极管D4、二极管D5、电容C1和开关管Si。
[0036]所述二极管D5的正极连接开关管Si本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高增益升压型DC
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DC变换器的Marx高压脉冲电源，其特征在于，包括开关电感模块、开关管SL、开关管Sc和发生器模块；所述开关电感模块二极管D1、二极管D2、二极管D3、电感L1和电感L2，二极管D1与电感L2的正向串联，电感L2的负向与二极管D2串联，二极管D1的正极和电感L2的正向并联后连接电源Vin正极，电感L1的负向与二极管D2的负极并联，二极管D3的负极连接在二极管D1连接在二极管D1与电感L2之间，二极管D3的正极连接在电感L2的负向与二极管D2之间。所述开关管SL的集电极连接二极管D2的负极，开关管SL的集电极的发射极连接开关管Sc的发射极，并连接电源Vin负极，开关管SL的集电极和开关管Sc的集电极连接发生器模块，发生器模块连接负载RL。2.根据权利要求1所述的一种基于高增益升压型DC
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DC变换器的Marx高压脉冲电源，其特征在于，所述发生器模块包括多个级联的Marx发生器。3.根据权利要求2所述的一种基于高增益升压型DC
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DC变换器的Marx高压脉冲电源，其特征在于，所述Marx发生器包括二极管D4、二极管D5、电容C1和开关管Si；所述二极管D5的正极连接开关管Si的集电极，二极管D5的负极连接电容C1的一端，电容C1的另一端连接二极管D4的正极，开关管Si的发射极连接在电容C1和二极管D4的正极之间，二极管D4的负极连接开关管Sc的集...

【专利技术属性】
技术研发人员：王发强，赵清华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：