專利名稱：改進(jìn)l型升壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力電子升壓變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，特別涉及改進(jìn)L型升壓變換器。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)發(fā)展，在傳統(tǒng)的DC-DC升壓電路中，當(dāng)升壓倍數(shù)比較高時(shí)，常采用變壓器結(jié)構(gòu) 的變換器，或多級(jí)升壓的結(jié)構(gòu)。由于升壓倍數(shù)較高，控制精度難以得到保證，同時(shí)系統(tǒng)串聯(lián) 結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了系統(tǒng)可靠性低及穩(wěn)定性不足等。原有L型升壓變換器的器件耐壓并非全部都是一 個(gè)電容的電壓，因此對(duì)于器件選擇造成了一定的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決升壓倍數(shù)較高時(shí)的控制精度，提出了一種采用多個(gè) 輸出電容串聯(lián)，并對(duì)各個(gè)輸出級(jí)聯(lián)電容分別進(jìn)行升壓控制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高性能的升壓變 換，并且拓?fù)渲械钠骷蛪壕取?br> 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種改進(jìn)L型升壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過k個(gè)開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成改進(jìn)L型變換器的橫 軸；通過k個(gè)電容串聯(lián)構(gòu)成改進(jìn)L型變換器的縱軸；橫軸最左端的開關(guān)通過電感與直流輸入 電源的高電位端相連，直流輸入電源的低電位端與橫軸各個(gè)節(jié)點(diǎn)由開關(guān)支路相連；橫軸相鄰 兩個(gè)可控開關(guān)間的節(jié)點(diǎn)和縱軸上相鄰兩個(gè)電容間的節(jié)點(diǎn)，由單向開關(guān)支路連接；由k個(gè)二極 管構(gòu)成的續(xù)流回路，且各個(gè)二極管的陰極與橫軸的可控開關(guān)間的節(jié)點(diǎn)之間有另一可控開關(guān)；k 個(gè)二極管構(gòu)成的續(xù)流回路的陽極與橫軸、縱軸的交點(diǎn)相連。通過擴(kuò)展改進(jìn)L型結(jié)構(gòu)的橫、縱 軸以及單向整流支路、單向可控開關(guān)支路，能拓展變換器，k為大于或等于l的正整數(shù)。 本發(fā)明的益處
與傳統(tǒng)的DC-DC升壓變換器相比較，本發(fā)明所公開的改進(jìn)L型升壓變換器采用單電感的 結(jié)構(gòu)，對(duì)各個(gè)串聯(lián)輸出側(cè)的電容進(jìn)行獨(dú)立充電，在較高升壓倍數(shù)的情況下，有較高的控制精 度；同時(shí)，也克服了多級(jí)串聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性不足等問題實(shí)現(xiàn)了拓?fù)渲衅骷蛪合?等，為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的使用及器件選擇帶來了方便。。


圖1為改進(jìn)L型升壓變換器的拓?fù)鋱D。 圖2 (a)為可控開關(guān)的M0SFET等效示例圖。 圖2(b)為可控開關(guān)的IGBT等效示例圖。圖3為改進(jìn)L型升壓變換器的等效拓?fù)鋱D。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明
圖1為改進(jìn)L型升壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。通過可控開關(guān)Su、 S21……Sw共k個(gè)器件串 聯(lián)構(gòu)成L型變換器的橫軸；通過電容q、 C2……Ck共k個(gè)電容串聯(lián)構(gòu)成L型變換器的縱軸; 可控開關(guān)&,的一端經(jīng)電感^與電源V正極相連，電容Cj與C(i+D， i=l,2……k-l,之間的節(jié) 點(diǎn)和橫軸上可控開關(guān)Su與S(i+1)1的節(jié)點(diǎn)之間是由可控開關(guān)S12 、 S22……S(t_1)2和二極管&2分別 構(gòu)成的支路，電源V的負(fù)極與二極管i)(w)4的陰極及可控開關(guān)&3相連；二極管"(4_2)4的陰極
與二極管D("w的陽極及可控開關(guān)S(w)3的一端相連，可控開關(guān)S(w)3的另一端與可控開關(guān)
5("2)1的交點(diǎn)相連；按此方式延伸，二極管/)14的陽極與橫軸及縱軸交點(diǎn)相連；k為
正整數(shù)，且k21。
可控開關(guān)Sw、 &3、 二極管&2、 二極管D("D,、電容Ck構(gòu)成改進(jìn)L型升壓變換器的擴(kuò)
展單元組，按上述的連接方式擴(kuò)展電路時(shí)，將增加變換器的級(jí)數(shù)。
縱軸上的電容C,、 C2……Ck是輸出電容，電容支路采用串聯(lián)式同時(shí)放電方式，獨(dú)立分
時(shí)充電方式。放電狀態(tài)與傳統(tǒng)的升壓變換器一樣，在此不做贅述，以下對(duì)各個(gè)電源的分時(shí)充 電進(jìn)行簡(jiǎn)單描述。
各個(gè)電容的充電過程可分為電感儲(chǔ)能的階段、電感向電容進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移的階段，以圖1 中所示的電容q (n-l， 2……k)為例，其儲(chǔ)能及能量轉(zhuǎn)移過程中，開關(guān)^(/<")處于斷開
狀態(tài)，開關(guān)&C/、")、 S( _1)2、 5 3處于開通狀態(tài)，通過S",的開關(guān)狀態(tài)切換進(jìn)行工作，詳細(xì) 過程如下。
電感儲(chǔ)能階段當(dāng)可控開關(guān)&,導(dǎo)通時(shí)，使得可控開關(guān)&,、 1}1……S ,、 5 3處于導(dǎo)通 狀態(tài)，此時(shí)，電源V、電感^、可控開關(guān)&、 1}1……Snl、 S 3、 D 4、 ￡>( +1)4、 /)( +2)4…… /^_1)4構(gòu)成回路，直流輸入電源對(duì)電感進(jìn)行儲(chǔ)能，電感上的電流增加。
能量向電容轉(zhuǎn)移階段可控開關(guān)&,狀態(tài)切換成截止，此時(shí)電源V、電感^、可控開關(guān)&2的反聯(lián)聯(lián)二極管、電容C"、可控開關(guān)5^1)2、 &3、化4、 ^( +1)4……/^_1)4構(gòu)成回路，此時(shí)直流輸入電源及電感的能量向電容C"轉(zhuǎn)移。
圖2(a)為可控開關(guān)的M0SFET等效示例圖。圖2(b)為可控開關(guān)的IGBT等效示例圖。拓?fù)渲械拈_關(guān)能選多種可控開關(guān)或開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，此處僅給出兩種示例。
圖3為改進(jìn)L型升壓變換器的等效拓?fù)鋱D。此時(shí)，可控開關(guān)S,所在支路改為斷路，可控
開關(guān)512所在支路改為短路。在此情況下，電容Q……Ck的工作過程與圖l所示電路的工作
過程一樣，在此不做詳述。
電容C,的工作方式略有不同。
電感儲(chǔ)能階段開關(guān)&,、 ……521—直處于開通狀態(tài)，當(dāng)可控開關(guān)523開通時(shí)，此
時(shí)，電源V、電感Z^、可控開關(guān)Sw、……S21、 D24……￡)(4_1)4構(gòu)成回路，直流輸入電
源對(duì)電感進(jìn)行儲(chǔ)能，電感上的電流增加。
能量向電容轉(zhuǎn)移階段可控開關(guān)523狀態(tài)切換成關(guān)斷時(shí)，此時(shí)電源V、電感^、可控開關(guān)
SA1、 1}1……S21、電容C,、 二極管/)14……i^,構(gòu)成回路，此時(shí)直流輸入電源及電感的能量向電容C,轉(zhuǎn)移。
權(quán)利要求
1. 一種改進(jìn)L型升壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于通過k個(gè)器件，即可控開關(guān)S11、S21……Sk1，串聯(lián)構(gòu)成L型變換器的橫軸；通過k個(gè)電容，C1、C2……Ck，串聯(lián)構(gòu)成L型變換器的縱軸；可控開關(guān)Sk1的一端經(jīng)電感LA與電源V正極相連，電容Ci與C(i+1)，i＝1，2……k-1，之間的節(jié)點(diǎn)和橫軸上可控開關(guān)Si1與S(i+1)1的節(jié)點(diǎn)之間是由可控開關(guān)S12、S22……S(k-1)2和二極管Sk2分別構(gòu)成的支路，電源V的負(fù)極與二極管D(k-1)4的陰極及可控開關(guān)Sk3相連；二極管D(k-2)4的陰極與二極管D(k-1)4的陽極及可控開關(guān)S(k-1)3的一端相連，可控開關(guān)S(k-1)3的另一端與可控開關(guān)S(k-1)1、S(k-2)1的交點(diǎn)相連；按此方式延伸，二極管D14的陽極與橫軸及縱軸交點(diǎn)相連；k為正整數(shù)，且k≥1；通過擴(kuò)展T型結(jié)構(gòu)的橫、縱軸以及開關(guān)支路，拓展變換器的級(jí)數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)L型升壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于可控開關(guān)S"、 &3、 二極管&2、電容Ck構(gòu)成L型升壓變換器的擴(kuò)展單元組，按上述的連接方式擴(kuò)展電路時(shí)， 將增加變換器的級(jí)數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)L型升壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于可控開關(guān)的選 擇包括IGBT， MOSFET電力電子器件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)L型升壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于并將可控幵關(guān) ^,所在支路改為斷路，可控開關(guān)512所在支路改為短路，電路仍實(shí)現(xiàn)升壓變換器功能。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)L型升壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),其特征在于:將開關(guān)Sn…… &2改為開關(guān)串聯(lián)形式，開關(guān)&2由11個(gè)耐壓一致的較低耐壓器件串聯(lián)構(gòu)成，其中11=1，2……k， 將滿足每個(gè)開關(guān)管的耐壓均衡的要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了L型升壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于通過可控開關(guān)S₁₁、S₂₁……S_k1共k個(gè)器件串聯(lián)構(gòu)成L型變換器的橫軸；通過電容C₁、C₂……C_k共k個(gè)電容串聯(lián)構(gòu)成L型變換器的縱軸；可控開關(guān)S_k1的一端經(jīng)電感L_A與電源V正極相連，電容C_i與C_(i+1)，i＝1，2……k-1，之間的節(jié)點(diǎn)和橫軸上可控開關(guān)S_i1與S_(i+1)1的節(jié)點(diǎn)之間是由可控開關(guān)S₁₂、S₂₂……S_(k-1)2和二極管S_k2分別構(gòu)成的支路，電源V的負(fù)極與二極管D_(k-1)4的陰極及可控開關(guān)S_k3相連；二極管D_(k-2)4的陰極與二極管D_(k-1)4的陽極、可控開關(guān)S_(k-1)3的一端相連，可控開關(guān)S_(k-1)3的另一端與可控開關(guān)S_(k-1)1、S_(k-2)1的交點(diǎn)相連；按此方式延伸，二極管D₁₄的陽極與橫軸及縱軸交點(diǎn)相連；k為正整數(shù)，且k≥1；通過擴(kuò)展T型結(jié)構(gòu)的橫、縱軸以及開關(guān)支路，拓展變換器的級(jí)數(shù)。
文檔編號(hào)H02M3/07GK101488707SQ20081022447
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者湖 孫, 張立偉, 楊中平, 飛 林, 游小杰, 王琛琛, 賀明智, 鄭瓊林, 郝瑞祥, 黃先進(jìn) 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)