一种应用于高功率脉冲电源系统的升降压装置及升降压方法

1.本专利涉及电力电子技术领域，具体说是一种应用于高功率脉冲电源系统的升降压装置及升降压方法。


背景技术：

2.在高功率脉冲电源系统中，升降压装置的输入电压范围为960v～1402v，要求输出电压短时间内上升到1800v，然后稳定在800v左右，期间电流保持稳定。因此，在输入电压高于输出电压时，需要对输入电压进行降压处理；而在输入电压低于输出电压时，则需要对输入电压进行升压处理。为实现储能装置对系统的正常供电，储能装置与负载之间通常设置有升降压电路，能够对输入电压进行升压或降压，以得到负载所需的输出电压。
3.目前，现有的升降压电路通常为升压电路与降压电路串联后接入储能装置与负载之间。升压电路为升压芯片与分立器件的组合，降压电路则为降压芯片与分立器件的组合。因此，为实现输入电压的升降压，需要使用到多种电压调整芯片，电路结构十分复杂，且电路生产成本较高。


技术实现要素：

4.本发明要解决的是现有高功率脉冲电源系统为实现输入电压的升降压，需要使用到多种电压调整芯片，电路结构十分复杂，且电路生产成本较高的问题。
5.针对上述问题，本发明采用的技术方案是：一种应用于高功率脉冲电源系统的升降压装置，其特征是，包括储能电感模块、储能电容、第一单向整流模块、第二单向整流模块、第一开关模块及第二开关模块；
6.所述第一开关模块的第一端与电压输入端连接，所述第一开关模块的第二端与所述储能电感模块的第一端连接，所述第一开关模块的第三端与所述储能电感模块的第二端连接，所述第一开关模块的第四端与所述储能电感模块的第三端连接，所述第一单向整流模块的第一端接地，所述第一单向整流模块的第二端与所述储能电感模块的第一端连接，所述第一单向整流模块的第三端与所述储能电感模块的第二端连接，所述第一单向整流模块的第四端与所述储能电感模块的第三端连接，所述储能电感模块的第四端与所述第二单向整流模块的第二端连接，所述储能电感模块的第五端与所述第二单向整流模块的第三端连接，所述储能电感模块的第六端与所述第二单向整流模块的第四端连接，所述第二单向整流模块的第一端通过所述储能电容接地，所述第二开关模块的第一端接地，所述第二开关模块的第二端与所述储能电感模块的第四端连接，所述第二开关模块的第三端与所述储能电感模块的第五端连接，所述第二开关模块的第四端与所述储能电感模块的第六端连接，所述第二单向整流模块的第一端还与电压输出端连接；
7.所述第一单向整流模块，用于将电流方向限制为从所述第一单向整流模块的输入端至所述第一单向整流模块的输出端；
8.所述第二单向整流模块，用于将电流方向限制为从所述第二单向整流模块的输入
端至所述第二单向整流模块的输出端；
9.所述储能电容的第一端与电压输出端连接，所述储能电容的第二端接地；
10.所述第一开关模块和所述第二开关模块还包括控制端，当脉冲电流处于脉冲上升阶段，所述第一开关模块和所述第二开关模块导通；当脉冲电流处于下降以及脉冲间隙时，所述第一开关模块和所述第二开关模块关断，所述第一单向整流模块和所述第二单向整流模块进行续流。
11.进一步的，所述储能电感模块包括第一储能电感、第二储能电感和第三储能电感，所述第一储能电感的第一端与所述第一开关模块的第二端连接，所述第一储能电感的第二端与所述第二单向整流模块的第四端连接，所述第二储能电感的第一端与所述第一开关模块的第三端连接，所述第二储能电感的第二端与所述第二单向整流模块的第三端连接，所述第三储能电感的第一端与所述第一开关模块的第四端连接，所述第三储能电感的第二端与所述第二单向整流模块的第二端连接。
12.进一步的，所述第一单向整流模块包括第一二极管、第二二极管和第三二极管，所述第一二极管的正极接地，所述第一二极管的负极与所述第一储能电感的第一端连接，所述第二二极管的正极接地，所述第二二极管的负极与所述第二储能电感的第一端连接，所述第三二极管的正极接地，所述第三二极管的负极与所述第三储能电感的第一端连接。
13.进一步的，所述第二单向整流模块包括第四二极管、第五二极管和第六二极管，所述第四二极管的正极与所述第一储能电感的第二端连接，所述第四二极管的负极与电压输出端连接，所述第五二极管的正极与所述第二储能电感的第二端连接，所述第五二极管的负极与电压输出端连接，所述第六二极管的正极与所述第三储能电感的第二端连接，所述第六二极管的负极与电压输出端连接。
14.进一步的，所述第一开关模块包括第一开关管、第二开关管和第三开关管，所述第一开关管的第一端与电压输入端连接，所述第一开关管的第二端与所述第一储能电感的第一端连接，所述第二开关管的第一端与电压输入端连接，所述第二开关管的第二端与所述第二储能电感的第一端连接，所述第三开关管的第一端与电压输入端连接，所述第三开关管的第二端与所述第三储能电感的第一端连接。
15.进一步的，所述第二开关模块包括第四开关管、第五开关管和第六开关管，所述第四开关管的第一端与所述第一储能电感的第二端连接，所述第四开关管的第二端接地，所述第五开关管的第一端与所述第二储能电感的第二端连接，所述第五开关管的第二端接地，所述第六开关管的第一端与所述第三储能电感的第二端连接，所述第六开关管的第二端接地。
16.进一步的，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管均为mos管，所述第一开关管的漏极与电压输入端连接，所述第一开关管的源极与所述第一储能电感的第一端连接，所述第一开关管的栅极与控制端连接，所述第二开关管的漏极与电压输入端连接，所述第二开关管的源极与所述第二储能电感的第一端连接，所述第二开关管的栅极与控制端连接，所述第三开关管的漏极与电压输入端连接，所述第三开关管的源极与所述第三储能电感的第一端连接，所述第三开关管的栅极与控制端连接，所述第四开关管的漏极与所述第一储能电感的第二端连接，所述第四开关管的源极接地，所述第四开关管的栅极与控制端连接，所述第五开关管的漏极与
所述第二储能电感的第二端连接，所述第五开关管的源极接地，所述第五开关管的栅极与控制端连接，所述第六开关管的漏极与所述第三储能电感的第二端连接，所述第六开关管的源极接地，所述第六开关管的栅极与控制端连接。
17.进一步的，所述应用于高功率脉冲电源系统的升降压装置包括依次连接的电源模块、升降压电路以及负载，所述升降压电路被配置为上述的升降压电路。
18.还涉及一种应用于高功率脉冲电源系统的升降压装置的升降压方法：在储能电感模块的充电过程中，此时储能电感模块的第四端、第五端和第六端通过第二开关模块接地，第一单向整流模块的输入端为低电平，输出端为高电平，此时第一单向整流模块相当于截止，第二单向整流模块的输入端为低电平，输出端为高电平，此时第二单向整流模块相当于截止；则电压输入端的输入电压通过第一开关模块、储能电感模块和第二开关模块流入大地，在该电流回路中，储能电感模块上的电流不断上升直到最大值，从而实现储能电感模块的储能充电；
19.在储能电感模块的放电过程中，此时储能电感模块的第一端、第二端和第三端不再有输入电压，储能电感模块上的电流开始降低，为抑制电流减少，储能电感模块将存储的能量进行释放；此时，由于储能电感模块放电而导致储能电感模块第四端、第五端和第六端为高电平，第一端、第二端和第三端为低电平，则第一单向整流模块和第二单向整流模块导通，第一开关模块和第二开关模块截止，电流方向为第一单向整流模块和第二单向整流模块的输入端至输出端，电流回路为大地——第一单向整流模块——储能电感模块——第二单向整流模块——储能电容c——大地；在储能电感模块的放电过程中，能够将储能电感模块所存储的能量传递至储能电容c，从而使得储能电容c两端的电压继续升高至超出输入电压，从而实现输入电压的升压；
20.在结束储能电感模块的放电过程后，储能电感模块进入充电过程，在储能电感模块充电的过程中，储能电容c则可以通过储能电感模块在放电过程中传输的能量为负载进行供电。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
22.(1)本发明的应用于高功率脉冲电源系统的升降压装置，通过设置第一单向整流模块、第二单向整流模块、第一开关模块和第二开关模块，能够实现升降压功能。无论所需的输出电压高于或低于输入电压的供电电路中，均能够通过脉冲电流输入控制端输出符合要求的电压。
23.(2)本发明的应用于高功率脉冲电源系统的升降压装置，成本较低，具有良好的推广价值。
附图说明
24.图1为本发明升降压装置一实施例的模块示意图；
25.图2为图1实施例的电路结构示意图。
26.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
27.附图标号说明：
[0028][0029]
具体实施方式：
[0030]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0032]
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。本发明提供一种升降压装置，应用于高功率脉冲电源系统中，该升降压装置可以将储能装置输出的电压进行调整，以得到负载所需的供电电压。
[0033]
参见图1，在一实施例中，所述升降压装置包括储能电感模块10、储能电容c、第一单向整流模块20、第二单向整流模块30、第一开关模块40以及第二开关模块50。
[0034]
所述第一开关模块40的第一端与电压输入端连接，所述第一开关模块40的第二端与所述储能电感模块10的第一端连接，所述第一开关模块40的第三端与所述储能电感模块10的第二端连接，所述第一开关模块40的第四端与所述储能电感模块10的第三端连接，所述第一单向整流模块20的第一端接地，所述第一单向整流模块20的第二端与所述储能电感模块10的第一端连接，所述第一单向整流模块20的第三端与所述储能电感模块10的第二端连接，所述第一单向整流模块20的第四端与所述储能电感模块10的第三端连接，所述储能电感模块10的第四端与所述第二单向整流模块30的第二端连接，所述储能电感模块10的第五端与所述第二单向整流模块30的第三端连接，所述储能电感模块10的第六端与所述第二单向整流模块30的第四端连接，所述第二单向整流模块30的第一端通过所述储能电容c接地，所述第二开关模块50的第一端接地，所述第二开关模块50的第二端与所述储能电感模块10的第四端连接，所述第二开关模块50的第三端与所述储能电感模块10的第五端连接，所述第二开关模块50的第四端与所述储能电感模块10的第六端连接，所述第二单向整流模块30的输出端还与电压输出端连接。
[0035]
上述升降压电路的电压调整过程可以分为储能电感模块10的充电过程和放电过程。
[0036]
一并参照图1和图2，上述储能电感模块10可以包括第一储能电感l1、第二储能电感l2和第三储能电感l3，第一储能电感l1的第一端与第一开关模块40的第二端连接，第一储能电感l1的第二端与第二单向整流模块30的第四端连接，第二储能电感l2的第一端与第一开关模块40的第三端连接，第二储能电感l2的第二端与第二单向整流模块30的第三端连接，第三储能电感l3的第一端与第一开关模块40的第四端连接，第三储能电感l3的第二端与第二单向整流模块30的第二端连接。
[0037]
可以理解的是，在充电过程中第一开关模块40和第二开关模块50导通，放电过程中第一开关模块40和第二开关模块50截止。而第一单向整流模块20和第二单向整流模块30可以限制电流方向仅能够由其输入端流向输出端。
[0038]
在储能电感模块10的充电过程中，此时储能电感模块10的第四端、第五端和第六端通过第二开关模块50接地，第一单向整流模块20的输入端为低电平，输出端为高电平，此时第一单向整流模块20相当于截止，第二单向整流模块30的输入端为低电平，输出端为高电平，此时第二单向整流模块30相当于截止。则电压输入端的输入电压通过第一开关模块40、储能电感模块10和第二开关模块50流入大地，在该电流回路中，储能电感模块10上的电流不断上升直到最大值，从而实现储能电感模块10的储能充电。
[0039]
在储能电感模块10的放电过程中，此时储能电感模块10的第一端、第二端和第三端不再有输入电压，储能电感模块10上的电流开始降低，为抑制电流减少，储能电感模块10将存储的能量进行释放。此时，由于储能电感模块10放电而导致储能电感模块10第四端、第五端和第六端为高电平，第一端、第二端和第三端为低电平，则第一单向整流模块20和第二单向整流模块30导通，第一开关模块40和第二开关模块50截止，电流方向为第一单向整流模块20和第二单向整流模块30的输入端至输出端，电流回路为大地——第一单向整流模块20——储能电感模块10——第二单向整流模块30——储能电容c——大地。在储能电感模
块10的放电过程中，能够将储能电感模块10所存储的能量传递至储能电容c，从而使得储能电容c两端的电压继续升高至超出输入电压，从而实现输入电压的升压。
[0040]
在结束储能电感模块10的放电过程后，储能电感模块10进入充电过程，在储能电感模块10充电的过程中，储能电容c则可以通过储能电感模块10在放电过程中传输的能量为负载70进行供电。
[0041]
在本实施例中，储能电感模块10所存储的能量能够释放给储能电容c，以提升储能电容c两端电压，实现输出电压大于输入电压的升压功能。
[0042]
需要说明的是，通常储能装置作为电源模块60，其电压的范围为960v～1402v，通过上述升降压电路，也能够通过升降压功能为负载70供电。
[0043]
需要说明的是，如图2所示，第一开关模块40和第二开关模块50的ct引脚即为控制端。
[0044]
一并参照图1和图2，上述第一开关模块40可以包括第一开关管q1、第二开关管q2和第三开关管q3，第一开关管q1的第一端与电压输入端连接，第一开关管q1的第二端与第一储能电感l1的第一端连接，第二开关管q2的第一端与电压输入端连接，第二开关管q2的第二端与第二储能电感l2的第一端连接，第三开关管q3的第一端与电压输入端连接，第三开关管q3的第二端与第三储能电感l3的第一端连接。
[0045]
一并参照图1和图2，上述第二开关模块50可以包括第四开关管q4、第五开关管q5和第六开关管q6，第四开关管q4的第一端与第一储能电感l1的第二端连接，第四开关管q4的第二端接地，第五开关管q5的第一端与第二储能电感l2的第二端连接，第五开关管q5的第二端接地，第六开关管q6的第一端与第三储能电感l3的第二端连接，第六开关管q6的第二端接地。
[0046]
进一步地，上述第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5和第六开关管q6可以均为mos管，第一开关管q1的漏极与电压输入端连接，第一开关管q1的源极与第一储能电感l1的第一端连接，第一开关管q1的栅极与控制端连接，第二开关管q2的漏极与电压输入端连接，第二开关管q2的源极与第二储能电感l2的第一端连接，第二开关管q2的栅极与控制端连接，第三开关管q3的漏极与电压输入端连接，第三开关管q3的源极与第三储能电感l3的第一端连接，第三开关管q3的栅极与控制端连接，第四开关管q4的漏极与第一储能电感l1的第二端连接，第四开关管q4的源极接地，第四开关管q4的栅极与控制端连接，第五开关管q5的漏极与第二储能电感l2的第二端连接，第五开关管q5的源极接地，第五开关管q5的栅极与控制端连接，第六开关管q6的漏极与第三储能电感l3的第二端连接，第六开关管q6的源极接地，第六开关管q6的栅极与控制端连接。
[0047]
上述第一单向整流模块20可以包括第一二极管d1、第二二极管d2和第三二极管d3，第一二极管d1的正极接地，第一二极管d1的负极与第一储能电感l1的第一端连接，第二二极管d2的正极接地，第二二极管d2的负极与第二储能电感l2的第一端连接，第三二极管d3的正极接地，第三二极管d3的负极与第三储能电感l3的第一端连接。
[0048]
上述第二单向整流模块30可以包括第四二极管d4、第五二极管d5和第六二极管d6，第四二极管d4的正极与第一储能电感l1的第二端连接，第四二极管d4的负极接地，第五二极管d5的正极与第二储能电感l2的第二端连接，第五二极管d5的负极接地，第六二极管d6的正极与第三储能电感l3的第二端连接，第六二极管d6的负极接地。
[0049]
上述第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5和第六二极管d6能够限制电流方向为阳极流向阴极，即储能电感模块10能够在放电过程中向储能电容c释放能量，而在储能电感模块10充电时，第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5和第六二极管d6反偏截止，储能电容c无法将能量传输给储能电感模块10，而仅能够向负载70供电。
[0050]
上述储能电容c可以为有极性电容。储能电容c为有极性电容时，储能电容c的正极与电压输出端连接，储能电容c的负极接地。
[0051]
以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
[0052]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的结构关系及原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。