一种基于MMC拓扑的高压电容器充电电源设计

张辰丰，栗保明

(南京理工大学 瞬态物理国家重点实验室，江苏 南京 210094)

脉冲功率源是电磁发射过程的关键组成部分与能量来源，其主要储能器件为大容量高压电容器。电磁发射的连发设计要求脉冲功率源在短时间内连续放电。要实现这一功能，首先需要实现高压电容器能量的快速、有效补充，即快速可重复充电技术。因此，选取合适的方案来研发适用于高电压场景下的电容器充电电源就显得尤为重要[1]。与一般形式的直流电源不同，这一类充电电源的负载一般是一个电容值较大、额定电压较高的电容器。充电电源的工作过程即为在外部电路使得电容器放电之后，从其电压为0 V的状态开始，对其进行充电使得其电压达到额定电压的过程，负载两端的电压值变化的范围比较大，这就要求充电电源在相对宽的负载范围内，具有较好的电路特性[2]。为了进行充电过程中的控制，通常选取充电电流或者充电功率为控制量。前者即恒流充电过程，即在充电阶段保持充电电流为一恒定或者接近恒定的值，单位时间内负载吸收的电荷量相同，电压线性上升，一般用于充电过程前期电压相对较低的阶段[3]；后者即恒功率充电过程，即在充电阶段保持充电功率为一恒定或者接近恒定的值，电压上升速度逐渐减缓，一般用于充电电压较高的阶段。

1 级联式MMC结构及工作原理

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的拓扑结构最早是由德国联邦国防军大学的R. Marquardt和A. Lesnicar基于半桥子模块(Half Bridge Sub-Module, HBSM)结构，于2001年提出的[4]。……