一种多级BUCK级联类marx电路重频脉冲电源的制作方法

本发明涉及电源系统，更具体地，涉及一种多级buck级联类marx电路重频脉冲电源。

背景技术：

1、随着科技的不断进步和工业的快速发展，对电源技术的要求也日益提高。传统的电源设备已经无法满足现代科技和工业对电能转换效率、电能质量以及电能稳定性的高要求，而重频脉冲电源作为一种新型的电源技术，逐渐受到人们的关注和重视。

2、重频脉冲电源的基本原理是通过特定的电路设计和控制策略，将输入的电能转换为高频、高能的脉冲电能输出。这种电源具有输出波形可控、重复频率高、能量密度大等优点，能够满足各种复杂工况下的电能需求。

3、然而，目前市场上的重频脉冲电源产品还存在一些不足之处，如输出波形不稳定、重复频率不高、能量密度不够大等。因此，有必要设计一种性能更加优越、功能更加完善的重频脉冲电源，实现脉宽可调、隔离效果好，以满足现代科技和工业对电源技术的更高要求。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种多级buck级联类marx电路重频脉冲电源，以达到输出波形更稳定、重复频率更高、能量密度更大的要求。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多级buck级联类marx电路重频脉冲电源，包括全桥谐振逆变模块、多个脉冲放电模块和多个隔离驱动模块，多个脉冲放电模块的输入端分别连接所述全桥谐振逆变模块的输出端，多个所述脉冲放电模块的输出端相互串联后连接脉冲电源总输出端；多个所述隔离驱动模块的输入端连接控制信号源，多个所述隔离驱动模块的输出端与多个所述脉冲放电模块的控制端一一对应连接；

3、所述全桥谐振逆变模块，用于将直流电源逆变为高频交流电；

4、所述隔离驱动模块，用于以安全隔离的方式获取控制信号并进行进行预处理；

5、所述脉冲放电模块，用于将所述高频交流电进行整流，并根据预处理后的控制信号输出高频脉冲电流；

6、所述脉冲电源总输出端，用于将全部所述高频脉冲电流叠加输出。

7、在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

8、可选的，所述全桥谐振逆变模块包括逆变桥、谐振电感lr、谐振电容cr和第一变压器，所述逆变桥的直流输入端连接所述直流电源，所述逆变桥的交流输出端两端之间依次串联设置所述谐振电感lr、第一变压器的初级绕组和谐振电容cr；所述第一变压器具有多个次级绕组，所述第一变压器的每个次级绕组分别对应连接一个所述脉冲放电模块。

9、可选的，所述全桥谐振逆变模块还包括尖峰吸收电容c0，所述尖峰吸收电容c0串联设置在所述逆变桥的直流输入端正极与所述逆变桥的直流输入端负极之间。

10、可选的，所述脉冲放电模块包括整流桥z1、储能电容c1、放电开关q1、放电电阻r1和二极管d1，所述整流桥z1的交流输入端对应连接所述第一变压器的次级绕组l1，所述整流桥z1的直流正极输出端、所述整流桥z1的直流负极输出端一一对应连接所述储能电容c1的两端，所述整流桥z1的直流正极输出端还依次串联所述放电开关q1、放电电阻r1后连接所述整流桥z1的直流负极输出端，所述二极管d1与所述放电电阻r1并联，且所述二极管d1反偏设置，所述放电开关q1的控制端连接所述隔离驱动模块的输出端。

11、可选的，所述脉冲放电模块还包括过电流保护模块，所述过电流保护模块包括无感电阻rp1，所述无感电阻rp1串联设置于所述放电开关q1与所述放电电阻r1之间。

12、可选的，所述隔离驱动模块包括依次设置的第二变压器、输入信号保护电路、自取电电路和驱动芯片u1，所述输入信号保护电路包括电阻r2、电阻r3、二极管d2、二极管d3和二极管d4，所述自取电电路包括电阻r5、电容c2和二极管d6，所述第二变压器的初级绕组连接控制信号源，所述第二变压器的次级绕组l2一端依次串联电阻r2和电阻r3后接地，第二变压器的次级绕组l2另一端接地；所述二极管d2反偏设置于电阻r2和电阻r3的公共节点与地之间，所述二极管d3反偏设置于电阻r2和电阻r3的公共节点与地之间，所述电阻r2和电阻r3的公共节点连接所述驱动芯片u1的控制信号输入端，所述二极管d4正偏设置于所述电阻r2和电阻r3的公共节点与驱动芯片u1的电源正极输入端之间；所述电阻r5一端连接所述储能电容c1的高压端，电阻r5另一端连接所述驱动芯片u1的电源正极输入端，所述电容c2一端连接所述驱动芯片u1的电源正极输入端，电容c2另一端接地；所述二极管d6并联所述电容c2、且反偏设置；所述驱动芯片u1的电源负极输入端接地，所述驱动芯片u1的输出端连接所述放电开关q1的控制端。

13、可选的，所述二极管d2为瞬态抑制二极管。

14、可选的，所述隔离驱动模块还包括驱动信号钳位保护电路，所述驱动信号钳位保护电路包括二极管d7和二极管d8，所述二极管d7和二极管d8串联设置在所述驱动芯片u1的电源正极输入端与驱动芯片u1的电源负极输入端之间，所述二极管d7和二极管d8反偏设置，所述二极管d7和二极管d8的公共节点连接所述驱动芯片u1的输出端。

15、可选的，所述隔离驱动模块还包括软关断模块，所述软关断模块包括三极管s1、二极管d5、电阻r4、电阻r6、电阻r9和电容c3，所述电阻r4的一端连接二极管d4和电阻r5的公共节点，所述电阻r4的另一端串联电容c3后接地；所述电阻r4和电容c3的公共节点连接所述三极管s1的集电极，所述二极管d5的阳极连接所述电阻r2和电阻r3的公共节点，二极管d5的阴极连接所述三极管s1的集电极，所述三极管s1的发射极接地，所述三极管s1的基极串联所述电阻r6后接地，所述三极管s1的基极与电阻r6的公共节点串联电阻r9后连接所述放电开关q1与无感电阻rp1的公共节点。

16、可选的，所述隔离驱动模块还包括电压尖峰保护模块，所述电压尖峰保护模块包括电阻r7、电阻r8和二极管d9，所述电阻r7和电阻r8依次串联设置于所述驱动芯片u1的输出端与所述放电开关q1的控制端之间，所述电阻r8的阻值大于电阻r7的阻值，所述二极管d9与所述电阻r8并联。

17、本发明提供的一种多级buck级联类marx电路重频脉冲电源，通过若干条buck脉冲放电电路进行级联，以形成类marx电路结构的重频脉冲电源，通过与各个脉冲放电电路一一对应控制连接的多个隔离驱动电路对脉冲放电电路进行控制，并将多个脉冲放电电路输出的脉冲电流叠加输出，使得该重频脉冲电源性能更加优越、功能更加完善，实现了脉宽可调、隔离效果好，满足了现代科技和工业对电源技术的更高要求。

技术特征：

1.一种多级buck级联类marx电路重频脉冲电源，其特征在于，包括全桥谐振逆变模块、多个脉冲放电模块和多个隔离驱动模块，多个脉冲放电模块的输入端分别连接所述全桥谐振逆变模块的输出端，多个所述脉冲放电模块的输出端相互串联后连接脉冲电源总输出端；多个所述隔离驱动模块的输入端连接控制信号源，多个所述隔离驱动模块的输出端与多个所述脉冲放电模块的控制端一一对应连接；

2.根据权利要求1所述的一种多级buck级联类marx电路重频脉冲电源，其特征在于，所述全桥谐振逆变模块包括逆变桥、谐振电感lr、谐振电容cr和第一变压器，所述逆变桥的直流输入端连接所述直流电源，所述逆变桥的交流输出端两端之间依次串联设置所述谐振电感lr、第一变压器的初级绕组和谐振电容cr；所述第一变压器具有多个次级绕组，所述第一变压器的每个次级绕组分别对应连接一个所述脉冲放电模块。

3.根据权利要求2所述的一种多级buck级联类marx电路重频脉冲电源，其特征在于，所述全桥谐振逆变模块还包括尖峰吸收电容c0，所述尖峰吸收电容c0串联设置在所述逆变桥的直流输入端正极与所述逆变桥的直流输入端负极之间。

4.根据权利要求2或3所述的一种多级buck级联类marx电路重频脉冲电源，其特征在于，所述脉冲放电模块包括整流桥z1、储能电容c1、放电开关q1、放电电阻r1和二极管d1，所述整流桥z1的交流输入端对应连接所述第一变压器的次级绕组l1，所述整流桥z1的直流正极输出端、所述整流桥z1的直流负极输出端一一对应连接所述储能电容c1的两端，所述整流桥z1的直流正极输出端还依次串联所述放电开关q1、放电电阻r1后连接所述整流桥z1的直流负极输出端，所述二极管d1与所述放电电阻r1并联，且所述二极管d1反偏设置，所述放电开关q1的控制端连接所述隔离驱动模块的输出端。

5.根据权利要求4所述的一种多级buck级联类marx电路重频脉冲电源，其特征在于，所述脉冲放电模块还包括过电流保护模块，所述过电流保护模块包括无感电阻rp1，所述无感电阻rp1串联设置于所述放电开关q1与所述放电电阻r1之间。

6.根据权利要求5所述的一种多级buck级联类marx电路重频脉冲电源，其特征在于，所述隔离驱动模块包括依次设置的第二变压器、输入信号保护电路、自取电电路和驱动芯片u1，所述输入信号保护电路包括电阻r2、电阻r3、二极管d2、二极管d3和二极管d4，所述自取电电路包括电阻r5、电容c2和二极管d6，所述第二变压器的初级绕组连接控制信号源，所述第二变压器的次级绕组l2一端依次串联电阻r2和电阻r3后接地，第二变压器的次级绕组l2另一端接地；所述二极管d2反偏设置于电阻r2和电阻r3的公共节点与地之间，所述二极管d3反偏设置于电阻r2和电阻r3的公共节点与地之间，所述电阻r2和电阻r3的公共节点连接所述驱动芯片u1的控制信号输入端，所述二极管d4正偏设置于所述电阻r2和电阻r3的公共节点与驱动芯片u1的电源正极输入端之间；所述电阻r5一端连接所述储能电容c1的高压端，电阻r5另一端连接所述驱动芯片u1的电源正极输入端，所述电容c2一端连接所述驱动芯片u1的电源正极输入端，电容c2另一端接地；所述二极管d6并联所述电容c2、且反偏设置；所述驱动芯片u1的电源负极输入端接地，所述驱动芯片u1的输出端连接所述放电开关q1的控制端。

7.根据权利要求6所述的一种多级buck级联类marx电路重频脉冲电源，其特征在于，所述隔离驱动模块还包括驱动信号钳位保护电路，所述驱动信号钳位保护电路包括二极管d7和二极管d8，所述二极管d7和二极管d8串联设置在所述驱动芯片u1的电源正极输入端与驱动芯片u1的电源负极输入端之间，所述二极管d7和二极管d8反偏设置，所述二极管d7和二极管d8的公共节点连接所述驱动芯片u1的输出端。

8.根据权利要求5～7任一项所述的一种多级buck级联类marx电路重频脉冲电源，其特征在于，所述隔离驱动模块还包括软关断模块，所述软关断模块包括三极管s1、二极管d5、电阻r4、电阻r6、电阻r9和电容c3，所述电阻r4的一端连接二极管d4和电阻r5的公共节点，所述电阻r4的另一端串联电容c3后接地；所述电阻r4和电容c3的公共节点连接所述三极管s1的集电极，所述二极管d5的阳极连接所述电阻r2和电阻r3的公共节点，二极管d5的阴极连接所述三极管s1的集电极，所述三极管s1的发射极接地，所述三极管s1的基极串联所述电阻r6后接地，所述三极管s1的基极与电阻r6的公共节点串联电阻r9后连接所述放电开关q1与无感电阻rp1的公共节点。

9.根据权利要求8所述的一种多级buck级联类marx电路重频脉冲电源，其特征在于，所述隔离驱动模块还包括电压尖峰保护模块，所述电压尖峰保护模块包括电阻r7、电阻r8和二极管d9，所述电阻r7和电阻r8依次串联设置于所述驱动芯片u1的输出端与所述放电开关q1的控制端之间，所述电阻r8的阻值大于电阻r7的阻值，所述二极管d9与所述电阻r8并联。

10.根据权利要求6～7任一项所述的一种多级buck级联类marx电路重频脉冲电源，其特征在于，所述二极管d2为瞬态抑制二极管。

技术总结
本发明提供一种多级BUCK级联类marx电路重频脉冲电源，包括全桥谐振逆变模块、多个脉冲放电模块和多个隔离驱动模块，全部脉冲放电模块的输入端连接全桥谐振逆变模块的输出端，全部脉冲放电模块的输出端级联至脉冲电源总输出端；多个所述隔离驱动模块的输入端连接控制信号源，多个隔离驱动模块的输出端与多个脉冲放电模块的控制端一一对应连接；全桥谐振逆变模块将直流电源逆变为高频交流电；隔离驱动模块以安全隔离的方式获取控制信号并进行进行预处理；脉冲放电模块将高频交流电进行整流，并根据预处理后的控制信号输出高频脉冲电流；脉冲电源总输出端将全部高频脉冲电流叠加输出。本发明的重频脉冲电源输出波形更稳定、重复频率更高、能量密度更大。

技术研发人员：戴勇军,胡文平,徐井雄,谭钊,马文迪
受保护的技术使用者：武汉智瑞捷电气技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5