電容器充電器系統、功率調制器及諧振功率變換器的制造方法
【技術領域】
[0001]所提出的技術涉及電容器充電器系統、包含這樣的電容器充電器系統的功率調制器以及諧振功率變換器。
【背景技術】
[0002]電容器充電器系統通常用于使用大電流短脈沖的任何地方。應用的實例包括功率調制器、加速器、燈閃爍、X射線系統等。
[0003]電容器充電器系統通常包含電源，例如，用于經由輸出整流器與負載電容器間的連接的功率變換器，其中電容器將被循環地充放電以幫助產生最終的輸出脈沖。
[0004]功率變換器一般地用于將電功率從一種形式變換為另一種形式，或者從一個電平變換為另一個電平，并且通常構成任意電源的組成部分。特別地，所謂的諧振功率變換器通常由于它們的包括低開關損耗和高操作開關頻率在內的優點而被使用。
[0005]但是，諧振功率變換器具有穩定性問題，并且在某些情況下，在功率變換器的諧振電路內流過的電流看起來會沒有限制地增大。這會損壞功率變換器內的關鍵構件并且影響整個電容器充電器系統。
[0006]相關文獻
[0007]美國專利8，023, 290涉及用于輸送并回收來自與在次級繞組電路內的可控整流關聯的電容器的能量的功率變換器，每個可控整流器都具有并聯的不可控整流器。與第一及第二初級繞組串聯的第一及第二初級開關分別在固定的工作周期內被接通，各占開關周期的一半。
[0008]US 2011/0080757涉及功率變換器以及操作功率變換器的方法，該方法使變換器的工作頻率能夠由控制電路控制于諧振頻率的預定范圍內，以允許減少噪聲產生并促進將會進而減少譜峰的頻率抹平。
[0009]US 2006/0164776涉及包含開關、二極管、電感、具有第一連接和第二連接的輸入以及具有第一連接和第二連接的輸出的限流電路。輸入的第一連接經由開關連接至電感以及二極管的陰極，并且經由電感連接至輸出的第一連接。二極管的陽極連接至輸入的第二連接以及輸出的第二連接。

【發明內容】

[0010]本發明克服了現有技術的布局的這些及其他缺點。
[0011]本發明的一個目的是提供基于諧振功率變換器的改進的電容器充電器系統。
[0012]本發明的另一個目的是提供改進的功率調制器。
[0013]本發明的又一個目的是提供改進的諧振功率變換器。
[0014]這些及其他目的如同所附專利權利要求書所定義的那樣來實現。
[0015]本發明的發明人已經意識到，如果負載出現短路或開路，則常規的諧振功率變換器存在失控(run-away)故障模式的可能性。在失控模式中，電壓能夠無限制地逐周期增加，并且當然，這會無限制地增加在諧振分支電路內流過的電流。該故障模式最終將會導致在變換器內的例如諧振電容器、開關、在開關兩端的開關保護二極管等一個或多個構件發生故障。
[0016]在第一方面中，本發明提供了電容器被循環充電和放電的電容器充電器系統。電容器充電器系統包含用于經由輸出整流器連接至電容器的諧振功率變換器。諧振功率變換器包含基于開關的橋接網絡、內部變壓器、諧振電路和穩幅電路。基于開關的橋接網絡包含至少一對受控開關。諧振電路包括含有至少一個電容構件和至少一個電感構件的串聯諧振支路，并且諧振電路在電路通路中連接于基于開關的橋接網絡的一對受控開關之間的中點。諧振電路的(一個或多個)電容構件以串聯通路與內部變壓器的初級繞組連接。而且，穩幅電路被配置為提供諧振電路的諧振振幅的穩定化，并且穩幅電路包括連接于i)由在電路通路中從串聯諧振支路的電容構件到電感構件的任意位置處的結所限定的無約束節點與ii)在工作時具有預定的電壓電平的諧振功率變換器的至少一個連接點之間的單向(one way)導電電路，使得諧振電路的諧振振幅變穩定以在預定的限度內變動。諧振功率變換器被配置為經由內部變壓器的次級繞組連接至輸出整流器。
[0017]以此方式，失控故障模式能夠得到有效控制，由此提供對功率變換器的構件(例如，(一個或多個)開關、(一個或多個)諧振電容器等)的有效保護。因此，所提出的技術確保了整個電容器充電器系統的安全可靠的操作。
[0018]在第二方面中，本發明提供了包含這樣的電容器充電器系統的功率調制器。
[0019]在第三方面中，本發明提供了諧振功率變換器。諧振功率變換器包含基于開關的橋接網絡，其中基于開關的橋接網絡包含至少一對受控開關。諧振功率變換器還包含內部變壓器和諧振電路。諧振電路包括含有至少一個電容構件和至少一個電感構件的串聯諧振支路，并且諧振電路在電路通路中連接于基于開關的橋接網絡的一對受控開關之間的中點。諧振電路的電容部分以串聯通路與內部變壓器的初級繞組連接。諧振功率變換器還包含穩幅電路。穩幅電路被配置為提供諧振電路的諧振振幅的穩定化，并且穩幅電路包括連接于i)由電路通路中在從串聯諧振支路的電容構件到電感構件的任意位置處的結所限定的無約束節點與ii)在工作時具有預定的電壓電平的諧振功率變換器的至少一個連接點之間的單向導電電路，以由此使諧振振幅穩定化為在預定的限度內變化。
[0020]所提出的技術可應用于全橋和半橋兩種設計，以及不同調制類型的功率變換器。
[0021]閱讀下面關于本發明的實施例的描述時將會意識到本發明所提供的其他優點。
【附圖說明】
[0022]本發明及其更多的目的和優點可通過參考下面參照附圖進行的描述而得到最佳的理解，在附圖中:
[0023]圖1是示出涉及電容器充電器系統的應用的示例的示意圖。
[0024]圖2是示出根據第一實施例的電容器充電器系統的示例的電路原理圖。
[0025]圖3是示出根據第二實施例的電容器充電器系統的示例的電路原理圖。
[0026]圖4是示出根據第三實施例的電容器充電器系統的示例的電路原理圖。
[0027]圖5是示出根據第四實施例的電容器充電器系統的示例的電路原理圖。
[0028]圖6是示出根據第五實施例的電容器充電器系統的示例的電路原理圖。
[0029]圖7是示出根據第六實施例的電容器充電器系統的示例的電路原理圖。
[0030]圖8是示出根據第七實施例的電容器充電器系統的示例的電路原理圖。
[0031]圖9是示出根據第八實施例的電容器充電器系統的示例的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0032]在所有附圖中，相同的附圖標記將用于相應的或類似的元件。
[0033]圖1是示出涉及電容器充電器系統的應用的示例的示意圖。圖1所示的整體應用基本上對應于功率調制器，并且示出了電容器充電器系統100以及它如何連接至電容器200，以及如何進一步連接至可選的升壓(st印-up)脈沖變壓器300。電容器200的輸出通過升壓變壓器300的初級繞組。使電容器200放電的開關400使得電容器充電系統的輸出基本上為短路。電容器200典型地被循環地充電和放電，并且開關400在接通和斷開兩方面都可進行電子控制，以控制輸出脈沖的持續時間。電容器200通常被部分放電，并且在下次循環開始之前，電容器充電器系統然后被要求對電容器再充電至其初始電壓。
[0034]當然，也存在其他應用，如同在【背景技術】部分已經提到的。如【背景技術】部分所提及，電容器充電器系統通常包含諸如功率變換器之類的電源。特別地，所謂的諧振功率變換器通常由于它們的包括低開關損耗和高操作開關頻率在內的優點而被使用。
[0035]但是，本發明的發明人已經意識到，如果負載出現短路或開路，則所有諧振模式的功率變換器都存在著失控故障模式的可能。在失控模式中，電壓能夠無限制地逐周期增大，并且當然，這會無限制地增加在諧振分支電路內流過的電流。該故障模式最終將會導致在變換器內的例如諧振電容器、開關、在開關兩端的開關保護二極管等一個或多個構件發生故障。
[0036]根據所提出的技術發明，這種失控模式能夠通過基于對諧振模式的功率變換器的諧振振幅適當配置的穩幅來提供平衡和穩定的電路設計進行有效控制。
[0037]一般