高压产生电路及方法与流程

本发明大体涉及电压产生领域，尤其涉及一种高压产生电路及高压发电方法。

背景技术：

在许多发电系统中，例如井下发电系统，需要给负载提供高直流(directcurrent，dc)电压。因此，这种发电系统通常需要高压产生电路以将期望的电压提供给负载。

传统高压产生电路通常包括电压倍增器用来倍增得到更高的电压。电压倍增器包括多个串联连接的超级电容。然而，由于超级电容的差异，在高压产生电路的工作中，会引起超级电容的电压不均衡。

因此，有鉴于此，在输出高压的情况下如何实现超级电容的单元均衡的需求正变得越来越迫切。

技术实现要素：

本发明的一个方面在于提供一种高压产生电路。所述高压产生电路包括用于提供第一直流电压的电池、与所述电池串联连接的第一电感、功率开关及电压倍增器。所述功率开关被配置用于将所述第一直流电压转换为脉冲电压。所述电压倍增器被配置用于将所述脉冲电压倍增到第二直流电压。所述第二直流电压高于所述第一直流电压。所述电压倍增器包括多个串联连接的超级电容。

本发明的另一个方面在于提供一种高压产生方法。所述高压产生方法包括：提供第一直流电压；通过功率开关将所述第一直流电压转换为脉冲电压；以及通过包括多个串联连接的超级电容的电压倍增器将所述脉冲电压倍增到第二直流电压，所述第二直流电压高于所述第一直流电压。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：

图1是根据本发明的第一具体实施方式的高压产生电路的示意图；

图2是根据本发明的第二具体实施方式的高压产生电路的示意图；

图3是根据本发明的第三具体实施方式的高压产生电路的示意图；及

图4是根据本发明的具体实施方式的示意性高压产生方法的流程图。

具体实施方式

为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明的披露。

除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。此外，指示特定位置的术语，例如“顶”、“底”、“左”及“右”等，仅仅只是参考特定附图所做的描述。本发明所披露的各个具体实施方式可以是以本发明附图所示的不同方式放置。因此，在本文中所使用的位置术语并不应局限于特定具体实施方式所示的位置。

高压产生电路的第一具体实施方式

图1示出根据本发明的第一具体实施方式的高压产生电路100的示意图。如图1所示，第一具体实施方式的高压产生电路100可以包括电池vin、第一电感l1、功率开关s1及电压倍增器m。电池vin可以提供第一直流(dc)电压。第一电感l1与电池vin串联连接。

功率开关s1可以将来自电池vin的第一直流电压转换为脉冲电压。功率开关s1例如可以是晶体管s1。晶体管s1的漏极d和源极s与电压倍增器m相连，且晶体管s1的源极s接地。第一电感l1的一端与电池vin的正极相连，第一电感l1的另一端与晶体管s1的漏极d相连。晶体管s1的源极s与电池vin的负极相连。

电压倍增器m可以将脉冲电压倍增到第二直流电压。第二直流电压高于第一直流电压。通常，第一直流电压是低电压，而第二直流电压是高电压。电压倍增器包括多个串联连接的超级电容。

电压倍增器m可以包括级联的至少两个倍增级m1-mn。至少两个倍增级m1-mn中的每一个具有多个串联连接的超级电容中的一个。至少两个倍增级m1-mn中的每一个具有第一端1、第二端2和第三端3。对于第一个倍增级m1，第一个倍增级m1的第一端1和第二端2分别与晶体管s1的漏极d和源极s相连。对于第二个倍增级m2至最后一个倍增级mn，任一个倍增级的第一端1和第二端2分别与前一个倍增级的第一端1和第三端3相连，该任一个倍增级的第三端3与下一个倍增级的第二端2相连。

例如，第二个倍增级m2的第一端1和第二端2分别与第一个倍增级m1的第一端1和第三端3相连，第二个倍增级m2的第三端3与第三个倍增级m3的第二端2相连。第三个倍增级m3的第一端1和第二端2分别与第二个倍增级m2的第一端1和第三端3相连，第三个倍增级m3的第三端3与第四个倍增级的第二端2相连。第n个倍增级mn的第一端1和第二端2分别与第(n-1)个倍增级的第一端1和第三端3相连。

至少两个倍增级m1-mn中的每一个可以包括第一电容、第二电容、第一二极管及第二二极管。对于每一个倍增级m1-mn，第一电容和第一二极管串联连接在第一端1和第三端3之间；第二二极管连接在第一电容和第一二极管的连接点与第二端2之间；及第二电容连接在第二端2和第三端3之间。

例如，第一个倍增级m1的第一电容c1和第一二极管d2串联连接在第一个倍增级m1的第一端1和第三端3之间；第一个倍增级m1的第二二极管d1连接在第一电容c1和第一二极管d2的连接点与第一个倍增级m1的第二端2之间；以及第一个倍增级m1的第二电容cs1连接在第一个倍增级m1的第二端2和第三端3之间。第二个倍增级m2的第一电容c2和第一二极管d4串联连接在第二个倍增级m2的第一端1和第三端3之间；第二个倍增级m2的第二二极管d3连接在第一电容c2和第一二极管d4的连接点与第二个倍增级m2的第二端2之间；以及第二个倍增级m2的第二电容cs2连接在第二个倍增级m2的第二端2和第三端3之间。第三个倍增级m3的第一电容c3和第一二极管d6串联连接在第三个倍增级m3的第一端1和第三端3之间；第三个倍增级m3的第二二极管d5连接在第一电容c3和第一二极管d6的连接点与第三个倍增级m3的第二端2之间；以及第三个倍增级m3的第二电容cs3连接在第三个倍增级m3的第二端2和第三端3之间。第n个倍增级mn的第一电容cn和第一二极管d2n串联连接在第n个倍增级mn的第一端1和第三端3之间；第n个倍增级mn的第二二极管d2n-1连接在第一电容cn和第一二极管d2n的连接点与第n个倍增级mn的第二端2之间；以及第n个倍增级mn的第二电容csn连接在第n个倍增级mn的第二端2和第三端3之间。每一个倍增级m1-mn的第二电容cs1-csn为超级电容。

本发明的高压产生电路100使用基于单开关的电压倍增器实现了高压输出以及每一个倍增级m1-mn的超级电容cs1-csn的单元均衡。本发明的高压产生电路100可以具有寿命长、功耗低、尺寸紧凑、成本低等优势。

高压产生电路的第二具体实施方式

图2示出根据本发明的第二具体实施方式的高压产生电路200的示意图。如图2所示，与第一具体实施方式所不同的是，第二具体实施方式的高压产生电路200在图1的高压产生电路100的基础上，可以进一步包括谐振电路40。谐振电路40连接在功率开关s1和电压倍增器m之间，且可以将脉冲电压转换为谐振电压。在这种情况下，电压倍增器m可以将谐振电压倍增到第二直流电压。

谐振电路40包括第一电感l1、第三电容cp1、第四电容cs及第二电感ls。第三电容cp1与功率开关s1并联连接。第四电容cs和第二电感ls串联连接在第三电容cp1和电压倍增器m之间。

同样地，本发明的高压产生电路200可以实现高压输出及每一个倍增级m1-mn的超级电容cs1-csn的单元均衡。本发明的高压产生电路200可以具有寿命长、功耗低、尺寸紧凑、成本低等优势。

高压产生电路的第三具体实施方式

图3示出根据本发明的第三具体实施方式的高压产生电路300的示意图。如图3所示，与第二具体实施方式所不同的是，第三具体实施方式的高压产生电路300在图2的的高压产生电路200的基础上，可以进一步包括隔离变压器t。隔离变压器t连接在谐振电路40和电压倍增器m之间。隔离变压器t具有与谐振电路40连接的初级绕组w1及与电压倍增器m连接的次级绕组w2。

高压产生电路300可以进一步包括第五电容cp2。第五电容cp2并联连接在变压器t的次级绕组w2和电压倍增器m之间。

同样地，本发明的高压产生电路300可以实现高压输出及每一个倍增级m1-mn的超级电容cs1-csn的单元均衡。本发明的高压产生电路300可以具有寿命长、功耗低、尺寸紧凑、成本低等优势。

高压产生方法

图4示出了根据本发明的一个具体实施方式的示意性高压产生方法的流程图。根据本发明的一个具体实施方式的高压产生方法包括如下步骤。

如图4所示，在步骤b1中，可以例如由电池vin提供第一直流电压。

在步骤b2中，可以通过功率开关s1，例如晶体管，将第一直流电压转换为脉冲电压。

在步骤b3中，可以通过包括多个串联连接的超级电容的电压倍增器m，将脉冲电压倍增到第二直流电压。第二直流电压高于第一直流电压。因此，可以实现高压输出。

在一个可选的具体实施方式中，本发明的高压产生方法可以在步骤b2之后步骤b3之前进一步包括步骤b4。

在步骤b4中，例如通过谐振电路40(如图2所示)，可以将脉冲电压转换为谐振电压，然后过程前进到步骤b3。在包括步骤b4的具体实施方式中，在步骤b3中，谐振电压可以被倍增到第二直流电压。

在另一个可选的具体实施方式中，本发明的高压产生方法可以在步骤b4之后步骤b3之前进一步包括步骤b5。

在步骤b5中，例如通过隔离变压器t(如图3所示)，可以将谐振电压转换为第三交流(alternatingcurrent，ac)电压，然后过程前进到步骤b3。在包括步骤b4和步骤b5的具体实施方式中，在步骤b3中，第三交流电压可以被倍增到第二直流电压。第一直流电压的值低于第三交流电压的值，且第三交流电压的值低于第二直流电压的值。

本发明的高压产生方法可以实现高压输出并且具有低的功耗。

虽然根据本发明的具体实施方式的高压产生方法的步骤被示出为功能块，但是在图4中所示的各个功能块的顺序和各个功能块之间的动作的分离并不意图是限制性的。例如，可以以不同的顺序来执行各个功能块，并且，与一个功能块相关联的动作可以与一个或者多个其它功能块相结合或者可以被细分成多个功能块。

虽然结合特定的具体实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。