一种微纹波高增益可扩展高压稳定电源变换器

本技术涉及高压开关电源装置，特别涉及一种微纹波高增益可扩展高压稳定电源变换器。

背景技术：

1、电子束焊机是一种利用高速电子流轰击工件表面，进行熔炼焊接的设备，因其能量密度高、焊缝深宽比大、焊接效率高、可控性好等特点，被广泛用于航空航天、工业制造、原子核能等领域。而影响电子束焊机焊接稳定性的关键部件是高压稳定电源，通过设计合适的高压稳定电源，可以大大提高电子束焊机焊接的稳定性和效率。

2、近年来，随着电力电子技术的不断发展，buck、boost等直流电源技术已经应用到高压稳定电源当中，而开关电源本身结构必然会产生纹波，会产生输出电压固有纹波较大的问题，难以满足电子束焊接发展的现代化工业要求。因此必须采取措施降低电路的输出纹波，才能满足电子束焊机的功能需求。现有技术中，采用滤波及补偿技术滤除输出纹波是常用的方法之一，滤波器包括有源、无源滤波，通过在输出回路中并联或者串联若干电阻电容以及外接辅助电路来实现滤波的目的。但是这种方法具有以下三个缺点：

3、1.高压条件下电容电流会有很大的峰值电流，可能会出现电容实现失效的情况，因此只能选取容量较小的电容，无法达到较好的滤波目的；

4、2.必须通过详细严谨的计算得出纹波频率特性，从而选出精确的阻值和容值，该方法一旦电容、电阻失效或阻值和容值计算不精确，有可能混入新的纹波、噪声，反而加大了输出纹波，该方法更适用于小功率开关电源；

5、3.变换器的电路结构本身较为固定，无法根据实际需求进行适当扩展，如果需求更改，需要重新进行设计，且需要额外的辅助电路，操作相对复杂。

技术实现思路

1、针对现有变换器的电路结构本身较为固定，无法根据实际需求进行适当扩展，如果需求更改，需要重新进行设计，且需要额外的辅助电路，操作相对复杂等问题，本实用新型提供一种微纹波高增益可扩展高压稳定电源变换器，可实现主电路可扩展，相较于现存高压电源主电路结构的固定性，本实用新型具有更高的操作性与更低的复杂性。

2、为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

3、一种微纹波高增益可扩展高压稳定电源变换器，包括主电路，所述的主电路包含superboost电路和外衣单元电路；

4、所述的superboost电路包含：电源uin、二极管d1、电容c1、电容co、电感l1、电感lo；二极管d1阳极连接电源正极、开关管q一端，二极管d1阴极连接电容c1一端、电感lo一端，电感l1一端连接开关管q另一端、电容c1另一端，电感lo另一端连接电容co一端，电感l1另一端连接电源负极、电容co另一端；

5、所述的外衣单元电路包含：电容c11、电感l11、二极管d11、电容c12；外衣单元包含5个端口：端口①、端口②、端口③、端口④、端口⑤；电容c11一端为端口①；电容c11另一端为端口②，连接二极管d11阳极、电感l11一端；电感l11另一端为端口③；二极管d11阴极为端口④，连接电容c12一端；电容c12另一端为端口⑤。

6、进一步地，所述的微纹波高增益可扩展高压稳定电源变换器，当接有n个外衣单元电路时，其中n≥1且为自然数，具体连接方式为：

7、外衣单元1端口①连接二极管d1阳极、电源正极、开关管q一端，外衣单元1端口③连接二极管d1阴极、电容c1一端，外衣单元1端口⑤连接电容c1另一端、开关管q另一端、电感l1一端；

8、外衣单元2端口①连接外衣单元1端口②，外衣单元2端口③连接外衣单元1端口④，外衣单元2端口⑤连接外衣单元1端口⑤；

9、......以此类推；

10、外衣单元n端口①连接外衣单元(n-1)端口②，外衣单元n端口③连接外衣单元(n-1)端口④，外衣单元n端口⑤连接外衣单元(n-1)端口⑤；

11、外衣单元n端口④连接电感lo一端，电感lo另一端连接电容co一端，电容co另一端连接电源负极、电感l1另一端；电感l1与电感lo之间进行正向耦合。

12、进一步地，所述的微纹波高增益可扩展高压稳定电源变换器，包含1个外衣单元电路时，电路有两个主要工作模态：

13、模态i：开关管q导通，二极管d1、d11均反向关断；电感l1、l11、lo进行充电；电容c1、c12进行放电，电容c11充电；

14、模态ii：该模态下，开关管q关断，二极管d1、d11正向导通；电感l1、l11、lo放电；电容c1、c12充电，电容c11进行放电。

15、进一步地，所述的微纹波高增益可扩展高压稳定电源变换器，包含2个外衣单元电路时，电路有两个主要工作模态：

16、模态i：开关管q处于导通状态，二极管d1、d11、d21因为反向电压而截止；电感l1、l11、l21、lo进行充电；电容c1、c12、c22放电，电容c11、c21充电；

17、模态ii：该模态下，开关管q关断，二极管d1、d11、d21正向导通；电感l1、l11、l21、lo进行放电；电容c1、c12、c22充电，电容c11、c21放电。

18、进一步地，所述的微纹波高增益可扩展高压稳定电源变换器，(3)包含n个外衣单元电路时，n≥3且为自然数，电路有两个主要工作模态：

19、模态i：开关管q导通，所有二极管均反向关断；所有电感充电；电容c1、c12、c12、...、cn2放电，电容c11、c21、...、cn1充电；

20、模态ii：该模态下，开关管q关断，所有二极管正向导通；所有电感放电；电容c1、c12、c12、...、cn2充电，电容c11、c21、...、cn1放电。

21、进一步地，所述的微纹波高增益可扩展高压稳定电源变换器，

22、接有n个外衣单元电路时，电路输出零纹波电流的条件为：电感lo和l1正向耦合，且耦合电感m与电感l1相等，即m＝l1。

23、本实用新型与现有技术相比，具有以下优势：

24、(1)本实用新型主电路可扩展，相较于现存高压电源主电路结构的固定性，本实用新型具有更高的操作性与更低的复杂性。在进行电路设计时，可根据实际变换器输入—输出电压的需要，来选择外接适当数目的外衣单元电路，进而获得所需的变换器增益，使用较为灵活，设计较为简单，且实用新型应用范围广。

25、(2)本实用新型变换器开关管、二极管开关应力较小，而现存的高压稳定电源开关器件的电压应力大多接近或超过输出电压，这对电路的后续设计十分不利，而且降低了电路结构的可靠性。另一方面，本实用新型的开关器件应力不受拓展的外衣电路的影响，不会因为外衣电路层数的增减而产生变化，保持电路结构可靠性的同时，也有利于后续的器件选型。

26、(3)本实用新型采用电感耦合技术，通过双电感耦合，建立了输出电流纹波和耦合电感之间的关系，得出输出电流零纹波的条件。与现存的高频滤波、交错并联等技术相比，原理简单，不需额外增加辅助电路，易于实现，理论上甚至可以达到零纹波的状态，从一定程度上提高了电子束焊机的焊接性能。