專利名稱：采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種分別針對(duì)Boost和Buck變換器的采 用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路。
背景技術(shù)：
目前，包括Boost變換器(升壓電路)以及Buck變換器(降壓電路)的變換電路 是電力電子應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域兩種最基本的電路，是其他變換電路的基礎(chǔ)。目前看來，Boost和 Buck變換器是功率變換器的最基礎(chǔ)、經(jīng)典、高效且經(jīng)濟(jì)的電路。然而，現(xiàn)有技術(shù)Boost以及Buck變換器存在以下問題一、主要元器件必須同時(shí)承擔(dān)來自輸入和輸出兩個(gè)端口不對(duì)稱的電壓電流應(yīng)力。 盡管一個(gè)端口如果是高電壓那么他必然是低電流，另一個(gè)端口則相反，但是我們只能采用 高壓大電流的器件來同時(shí)滿足兩個(gè)端口的電流電壓的最大應(yīng)力。這意味著器件工作效率 低，成本高。遺憾的是，截止目前為止針對(duì)Boost和Buck變換器的各種優(yōu)化改進(jìn)以及包括 無損吸收、軟開關(guān)和同步整流技術(shù)在內(nèi)的各種新技術(shù)的應(yīng)用在這個(gè)最核心的問題上并沒有 突破。二、上述問題的產(chǎn)生是由于電壓的改變，隨著電壓變化比的增加，器件應(yīng)力矛盾進(jìn) 一步擴(kuò)大，電路更加偏離高效工作區(qū)，損耗急劇增加；并且，較高的電壓變化比還將導(dǎo)致調(diào) 節(jié)困難，容易失控。顯然，Boost和Buck變換器并不適應(yīng)大動(dòng)態(tài)、大電壓變化比的應(yīng)用，這 大大限制了其適用范圍。為滿足大電壓變化比應(yīng)用，目前一般的解決辦法是采用有高頻變壓器(或者偶合 電感)參與的各種其他類型的變換電路，由變壓器來提高電壓變化比；顯然，變壓器增加了 額外的損耗，效率會(huì)降低，變壓器還有漏感以及分布電容引起的其他問題，其生產(chǎn)工藝、成 本、可靠性以及額外的干擾也是問題。也有個(gè)別不采用變壓器的高變壓比直接變換技術(shù)被 提出，雖然能夠使高變壓比更加容易實(shí)現(xiàn)，但是仍然沒有使功率器件電流電壓應(yīng)力沖突以 及在高變壓比條件下調(diào)節(jié)困難這二個(gè)問題得到解決，且效率較低。還有一種級(jí)聯(lián)技術(shù)被提 出，試圖用多個(gè)單級(jí)電路的功率接力實(shí)現(xiàn)高變壓比輸出；問題是，如果增加一級(jí)電路意味著 增加一級(jí)損耗，如果減少一級(jí)電路意味著必須提高其他單級(jí)的變壓比，也增加損耗；況且， 在多個(gè)電路級(jí)聯(lián)情況下各級(jí)電路的器件應(yīng)力選擇、控制和可靠性的矛盾也是較難折中的。 此外，上述為適應(yīng)較大電壓變化比應(yīng)用的各種方法均會(huì)不同程度降低其同時(shí)滿足較低電壓 變化比應(yīng)用的變換性能。三、由于Boost以及Buck變換器電路是不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，由高頻環(huán)節(jié)產(chǎn)生的高頻高壓 信號(hào)對(duì)輸入輸出的濾波環(huán)節(jié)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，其射頻污染也是很顯著的。盡管目前被推崇 的并聯(lián)交錯(cuò)技術(shù)較好地解決了差模濾波問題，但是它只是在控制層面實(shí)現(xiàn)了對(duì)稱，其電路 結(jié)構(gòu)仍然是不對(duì)稱的。由于電路結(jié)構(gòu)不對(duì)稱可能引起的其他問題并沒有獲得根本地解決。

發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)問題，有必要提供一種高性能的采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu) 的變換電路。本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換 電路，該變換電路包括二個(gè)同類變換器，所述二個(gè)變換器對(duì)稱交聯(lián)。本發(fā)明針對(duì)Boost采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路即對(duì)稱交聯(lián)Boost變換電路。其 中所述二個(gè)變換器是二個(gè)對(duì)稱的Boost變換器。本發(fā)明針對(duì)Buck采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路即對(duì)稱交聯(lián)Buck變換電路，其中 所述二個(gè)變換器是二個(gè)對(duì)稱的Buck變換器。在所述對(duì)稱交聯(lián)Boost變換電路中，所述二個(gè)對(duì)稱的Boost變換器在輸入側(cè)并聯(lián) 且在輸出側(cè)串聯(lián)。在所述對(duì)稱交聯(lián)Buck變換電路中，所述二個(gè)對(duì)稱的Buck變換器在輸入側(cè)串聯(lián)且 在輸出側(cè)并聯(lián)。在所述對(duì)稱交聯(lián)Boost變換電路中，所述變換電路包括電源、第一電感、第二電 感、第一二極管、第二二極管、第一電容、第二電容、第一開關(guān)、第二開關(guān)和負(fù)載，該電源的正 極依次經(jīng)由第一電感、第一二極管的正極與負(fù)極、負(fù)載的正極與負(fù)極、第二二極管的正極與 負(fù)極、第二電感連接到電源的負(fù)極，該第一電容兩端連接在負(fù)載的正極和電源的負(fù)極之間， 該第二電容兩端連接在電源的正極和負(fù)載的負(fù)極之間，該第一開關(guān)兩端連接在第一二極管 的正極和電源的負(fù)極之間，該第二開關(guān)兩端連接在第二二極管的負(fù)極和電源的正極之間。在所述對(duì)稱交聯(lián)Buck變換電路中，所述變換電路包括電源、第一電感、第二電感、 第一二極管、第二二極管、第一電容、第二電容、第一開關(guān)、第二開關(guān)和負(fù)載，該電源的正極 依次經(jīng)由第一開關(guān)、第一二極管的負(fù)極與正極、負(fù)載的負(fù)極與正極、第二二極管的負(fù)極與正 極、第二開關(guān)連接到電源的負(fù)極，該第一電感兩端連接在第一二極管的負(fù)極和負(fù)載的正極 之間，該第二電感兩端連接在第二二極管的正極和負(fù)載的負(fù)極之間，該第一電容兩端連接 在電源的正極和負(fù)載的負(fù)極之間，該第二電容兩端連接在電源的負(fù)極和負(fù)載的正極之間。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路在不降低性能的前提下顯 著拓展了 Boost或Buck變換器的電壓變化比，在更大的適用范圍內(nèi)具有與Boost或Buck 變換器相當(dāng)?shù)幕蛘吒叩霓D(zhuǎn)換效率，在較高電壓變化比情況下具有更好的調(diào)節(jié)性能。這些 特點(diǎn)使其在諸如光伏應(yīng)用或者功率因素校正(PFC)應(yīng)用這類大動(dòng)態(tài)、大跨度電壓變化比應(yīng) 用中具有顯著更好的適應(yīng)性。本發(fā)明采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路顯著降低了功率器件的電壓應(yīng)力，這使得可 以采用較低耐壓的器件達(dá)到同樣的出力，而一般較低耐壓的器件具有更小的內(nèi)阻和損耗， 也提高了效率。本發(fā)明采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu) 的變換電路具有完全對(duì)稱的電路結(jié)構(gòu)，這種對(duì)稱性使得 交錯(cuò)控制技術(shù)的應(yīng)用更為方便和奏效，高頻差模干擾能夠被有效抑制；同時(shí)，由于電路結(jié)構(gòu) 不對(duì)稱經(jīng)由散熱器、機(jī)殼引起的共模干擾也能夠被有效抑制。并且，由于輸出輸入電平也是 完全對(duì)稱的，這使得采用本發(fā)明采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路實(shí)現(xiàn)DC-AC變換成為可能。 此外，由于其中的二個(gè)對(duì)稱變換器是可以獨(dú)立運(yùn)行的，允許分別施于不同的控制以實(shí)現(xiàn)具 有特殊功能的變換器，甚至可以互為事故備用來提高可靠性。此外，對(duì)稱結(jié)構(gòu)也意味著熱應(yīng)力的均勻分布，對(duì)提高功率密度是有利的。另外，本發(fā)明采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路在級(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)，由于電壓變化比的提 高，一方面可以顯著減少級(jí)聯(lián)級(jí)數(shù)以提高效率和降低成本，另一方面可以更加明顯地劃分 每一級(jí)功率器件的電壓應(yīng)力等級(jí)以達(dá)到最充分發(fā)揮器件及電路潛能之目的。如果對(duì)每級(jí)采 用不同類型的電路以及實(shí)施不同的控制策略，還能夠更加容易地組成具有綜合功能或者特 殊功能的變換器。此外，較大的電壓變化比還允許采用更加動(dòng)態(tài)分配的中間電壓以達(dá)到更 加優(yōu)異的性能。本發(fā)明采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路是電力電子應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域一類全新的拓?fù)?族，其顯著的特征是電路結(jié)構(gòu)以及主要電流電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系和器件工作應(yīng)力顯著不同于現(xiàn)有 已知的任何基本變換電路。與Boost和Buck變換器比較，顯著擴(kuò)展了電流電壓傳輸比，顯著 改善了調(diào)節(jié)性能，顯著降低器件工作應(yīng)力。本發(fā)明采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路為電力電子 應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域增加了 一類高性能功率變換器電路形式，具有重要意義和廣泛的應(yīng)用前景。

圖1是本發(fā)明一種采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路第一實(shí)施方式的電路結(jié)構(gòu)示意 圖。圖2是本發(fā)明一種采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路第二實(shí)施方式的電路結(jié)構(gòu)示意 圖。圖3是本發(fā)明一種采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路第三實(shí)施方式的電路結(jié)構(gòu)示意 圖。圖4是本發(fā)明一種采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路第四實(shí)施方式的電路結(jié)構(gòu)示意 圖。圖5是本發(fā)明一種采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路第五實(shí)施方式的電路結(jié)構(gòu)示意 圖。圖6是本發(fā)明一種采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路第六實(shí)施方式的電路結(jié)構(gòu)示意 圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說明。請(qǐng)參閱圖1，是本發(fā)明一種采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路第一實(shí)施方式的電路結(jié) 構(gòu)示意圖，即對(duì)稱交聯(lián)Boost變換電路。該變換電路包括電源Ui、第一電感L1、第二電感 L2、第一二極管D1、第二二極管D2、第一電容C1、第二電容C2、第一開關(guān)K1、第二開關(guān)K2和 負(fù)載Rz。該電源的正極依次經(jīng)由第一電感、第一二極管的正極與負(fù)極、負(fù)載的正極與負(fù)極、 第二二極管的正極與負(fù)極、第二電感連接到電源的負(fù)極，該第一電容兩端連接在負(fù)載的正 極和電源的負(fù)極之間，該第二電容兩端連接在電源的正極和負(fù)載的負(fù)極之間，該第一開關(guān) 兩端連接在第一二極管的正極和電源的負(fù)極之間，該第二開關(guān)兩端連接在第二二極管的負(fù) 極和電源的正極之間。事實(shí)上，該變換電路是由兩個(gè)對(duì)稱的Boost變換器在輸入端并聯(lián)且在輸出端串聯(lián) 而形成的電路，因此二個(gè)Boost變換器的輸入電壓都等于電源電壓Ui。其中，每個(gè)Boost變換器是獨(dú)立運(yùn)行的，按照各自運(yùn)行參數(shù)獲得的電壓增益在各自的輸出端(第一電容C1兩端 及第二電容C2兩端)形成各自的輸出電壓第一輸出電壓U1和第二輸出電壓U2。如圖1所示，所述對(duì)稱交聯(lián)Boost變換電路中二個(gè)Boost變換器的輸出端是串聯(lián) 的，總輸出電壓為二個(gè)獨(dú)立的Boost變換器輸出電壓之和與輸入電壓之差。因此，對(duì)稱交聯(lián)Boost變換電路的輸出電壓Uo是由其中二個(gè)對(duì)稱的Boost變換器 在輸入電壓Ui相同(其他參數(shù)可以不同)的情況下、獨(dú)立運(yùn)行形成的兩個(gè)輸出電壓(U1、 U2)相互疊加后、與輸入電壓Ui反向耦合形成的，即Uo = Ul+U2-Ui ---------------(1)當(dāng)占空比為Du(0<=Du<= 1)時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)Boost變換器輸入輸出電壓傳輸關(guān) 系為Uo = Ui/(l_Du)。對(duì)于所述對(duì)稱交聯(lián)Boost變換電路中二個(gè)對(duì)稱的Boost變換器而言，輸入端是并 聯(lián)的，輸入電壓Ui相同；如果占空比Du以及其他參數(shù)也相同，就有UI = U2 = Ui/(1-Du)代入(1)式有Uo = 2Ui/(l-Du)-Ui即Uo = Ui (1+Du) / (1-Du)或Uo/Ui = (l+Du)/(l_Du)。上式表示對(duì)稱交聯(lián)Boost變換電路的電壓傳輸關(guān)系，相較于Boost變換器，電壓增 益Uo/Ui提高到(1+Du)倍。這說明一方面，占空比Du仍然在0 1的全范圍連續(xù)可調(diào)； 另一方面，在高升壓比狀態(tài)，當(dāng)占空比Du接近于1時(shí)，升壓比達(dá)到Boost變換器的接近2倍。上述優(yōu)良升壓和調(diào)節(jié)性能的獲得，并沒有以增加器件應(yīng)力為代價(jià)，相反由于二 個(gè)對(duì)稱的Boost變換器其輸入側(cè)是并聯(lián)的，所以來自輸入側(cè)的電流應(yīng)力由二個(gè)電路平均分 擔(dān)，單個(gè)電路只承擔(dān)其最大電流應(yīng)力的1/2 ；由于其輸出側(cè)是串聯(lián)的，每個(gè)電路只承擔(dān)來自 于各自電路輸出側(cè)的電壓應(yīng)力，相對(duì)于總輸出電壓Uo而言，電路中開關(guān)和二極管等主要功 率器件的電壓應(yīng)力較之Boost變換器降低到1/ (1+Du)倍；特別地，在高升壓比狀態(tài)，當(dāng)占空 比Du接近于1時(shí)，器件的最大電壓應(yīng)力僅相當(dāng)于輸出電壓Uo的接近1/2。如果其中二個(gè)Boost變換器的占空比Du以及其他參數(shù)各不相同，所述對(duì)稱交聯(lián) Boost變換電路的輸出電壓Uo仍然滿足(1)式，依然可以按照其中每個(gè)Boost變換器在統(tǒng) 一的輸入電壓Ui情況下分別求得各自獨(dú)立工作時(shí)的輸出電壓U1、U2后，按照(1)式求得總 輸出電壓Uo。這意味著二個(gè)Boost變換器可以分別控制，以達(dá)到某些特殊應(yīng)用的目的。請(qǐng)參閱圖2，是本發(fā)明一種采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路第二實(shí)施方式的電路結(jié) 構(gòu)示意圖。即對(duì)稱交聯(lián)Buck變換電路。該變換電路包括電源Ui、第一電感L1、第二電感L2、 第一二極管D1、第二二極管D2、第一電容C1、第二電容C2、第一開關(guān)K1、第二開關(guān)K2和負(fù) 載Rz。該電源的正極依次經(jīng)由第一開關(guān)、第一二極管的負(fù)極與正極、負(fù)載的負(fù)極與正極、第 二二極管的負(fù)極與正極、第二開關(guān)連接到電源的負(fù)極，該第一電感兩端連接在第一二極管 的負(fù)極和負(fù)載的正極之間，該第二電感兩端連接在第二二極管的正極和負(fù)載的負(fù)極之間， 該第一電容兩端連接在電源的正極和負(fù)載的負(fù)極之間，該第二電容兩端連接在電源的負(fù)極和負(fù)載的正極之間。事實(shí)上，該變換電路是由兩個(gè)對(duì)稱的Buck變換器在輸入端串聯(lián)且在輸出端并聯(lián) 而形成的電路，因此二個(gè)Buck變換器的輸入電流都等于電源電流Ii。其中，每個(gè)Buck變換 器是獨(dú)立運(yùn)行的，按照各自運(yùn)行參數(shù)獲得各自的電流增益和輸出電流II、12。對(duì)于直流功率而言，二個(gè)Buck變換器的輸入電流Ii與它們各自的開關(guān)(Kl、K2) 上通過的平均電流相等，各自的輸出電流II、12與它們各自的電感(L1、L2)上通過的平均 電流相等，并且分別在在第一二極管D1 (其電流為Idl)的負(fù)極節(jié)點(diǎn)和第二二極管D2(其電 流為Id2)的正極節(jié)點(diǎn)滿足電流連續(xù)性關(guān)系，因此有II = Ii+Idl12 = Ii+Id2---------------(2)如圖2所示，所述對(duì)稱交聯(lián)Buck變換電路中二個(gè)Buck變換器的輸出端是并聯(lián)的， 各自的輸出電流11、12分別在負(fù)載Rz兩端的節(jié)點(diǎn)匯集并滿足電流連續(xù)性關(guān)系，其總輸出電 流Io為Io = Id2+IlIo = Idl+I2---------------(3)將⑵式代入(3)式，有Io = Il+12-Ii-------------(4)即對(duì)稱交聯(lián)Buck變換電路的輸出電流為兩個(gè)獨(dú)立的Buck變換器輸出電流之和 與輸入電流之差。因此，對(duì)稱交聯(lián)Buck變換電路的輸出電流是由其中二個(gè)對(duì)稱的Buck器在輸入電 流Ii相同(其他參數(shù)可以不同)的情況下、獨(dú)立運(yùn)行形成的兩個(gè)輸出電流(11、12)相互疊 加后、與輸入電流Ii反向偶合形成的。當(dāng)占空比為Du(0<=D2<= 1)時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)Buck變換器輸入輸出電壓傳輸關(guān) 系為Uo = Ui Du由于功率變換器的電壓變化比為其電流變化比的倒數(shù)，因此有Io = Ii/Du對(duì)于所述對(duì)稱交聯(lián)Buck變換電路中二個(gè)對(duì)稱的Buck變換器而言，輸入端是串聯(lián) 的，輸入電流Ii相同；如果占空比Du以及其他參數(shù)也相同，就有II = 12 = Ii/Du代入(4)式有Io = 2Ii/Du-Ii整理后即Io = Ii(2-Du)/Du 或Io/Ii = (2-Du)/Du上式表示對(duì)稱交聯(lián)Buck變換電路的電流傳輸關(guān)系，相較于Buck變換器，電流增益 提高到(2-Du)倍。功率變換器的電壓變化比為其電流變化比的倒數(shù)，因此有Uo/Ui = Du/ (2-Du)
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上式表示對(duì)稱交聯(lián)Buck變換電路的電壓傳輸關(guān)系，相較于Buck變換器，電壓變化 比降低到l/(2-Du)。這說明一方面，占空比Du仍然在0 1的全范圍連續(xù)可調(diào)；另一方 面，在高降壓比狀態(tài)，當(dāng)占空比Du接近于0時(shí)，降壓比達(dá)到Buck變換器的接近1/2。上述優(yōu)良的降壓和調(diào)節(jié)性能的獲得，同樣沒有以增加器件應(yīng)力為代價(jià)，相反由于 二個(gè)對(duì)稱的Buck變換器其輸出側(cè)是并聯(lián)的，所以來自輸出側(cè)的電流應(yīng)力由二個(gè)電路平均 分擔(dān)，單個(gè)電路只承擔(dān)其最大電流應(yīng)力的1/2 ；由于其輸入側(cè)是串聯(lián)的，每個(gè)電路只承擔(dān)來 自于各自電路輸入側(cè)的電壓應(yīng)力，相對(duì)于總輸入電壓Ui而言，電路中開關(guān)和二極管等主要 功率器件的電壓應(yīng)力較之Buck變換器降低到l/(2-Du)；特別地，在高降壓比狀態(tài)，當(dāng)占空 比Du接近于0時(shí)，器件的最大電壓應(yīng)力僅相當(dāng)于輸入電壓Ui的接近1/2。如果二個(gè)對(duì)稱的Buck變換器的占空比Du以及其他參數(shù)各不相同，輸出電流Io仍 然滿足(4)式，依然可以按照其中每個(gè)Buck變換器在統(tǒng)一的輸入電流Ii情況下分別求得 各自獨(dú)立工作時(shí)的輸出電流II、12后，按照⑷式求得總輸出電流Io，進(jìn)而求得輸出電壓 Uo。這意味著二個(gè)Buck變換器可以分別控制，以達(dá)到某些特殊應(yīng)用的目的。請(qǐng)參閱圖3，是本發(fā)明一種采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路第三實(shí)施方式的電路結(jié) 構(gòu)示意圖。它是在第一實(shí)施方式即對(duì)稱交聯(lián)Boost變換電路基礎(chǔ)上，針對(duì)其輸入輸出濾波 結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化后的一種實(shí)施方式。由于本發(fā)明采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路中的二個(gè)變換器的輸入輸出端口并非 簡(jiǎn)單的串聯(lián)或并聯(lián)，以圖1所示的對(duì)稱交聯(lián)Boost變換電路為例，其中二個(gè)對(duì)稱的Boost變 換器的輸出端在相互串聯(lián)的同時(shí)，還與輸入電源Ui反向串聯(lián)。因此，本發(fā)明采用對(duì)稱交聯(lián) 結(jié)構(gòu)的變換電路的輸出與輸入存在著某種耦合關(guān)系，如果不將輸入輸出端口從電氣回路上 分開，必然會(huì)導(dǎo)致其輸入輸出端口濾波電路工況的復(fù)雜性。在本實(shí)施方式中，只需要將第一 實(shí)施方式所述第一電容C1和第二電容C2的連接方式改變?yōu)橄嗷ゴ?lián)后與負(fù)載Rz并聯(lián)，該 串聯(lián)的中間節(jié)點(diǎn)連接到電源Ui的某一端(一般將此點(diǎn)作為地線)即可。這樣連接后，并沒 有改變對(duì)稱交聯(lián)Boost變換電路的工況，但卻將輸入輸出端口從電氣回路上分開，形成各 自獨(dú)立的濾波環(huán)境。請(qǐng)參閱圖4，是本發(fā)明一種采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路第四實(shí)施方式的電路結(jié) 構(gòu)示意圖。它是在第二實(shí)施方式即對(duì)稱交聯(lián)Buck變換電路基礎(chǔ)上，針對(duì)其輸入輸出濾波結(jié) 構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化后的一種實(shí)施方式。由于對(duì)稱交聯(lián)Buck變換電路不能像對(duì)稱交聯(lián)Boost變換電路那樣簡(jiǎn)單地依靠改 變某個(gè)濾波電容的接線方式達(dá)到分開輸入與輸出端口的目的，因此其輸入輸出端口可能出 現(xiàn)較大的濾波應(yīng)力，具體表現(xiàn)為實(shí)際電路中電容C1、C2上可能會(huì)出現(xiàn)較大的瞬態(tài)電流應(yīng) 力。如果這種應(yīng)力沖突達(dá)到了不能接受的程度，可以采納本實(shí)施方式。本實(shí)施方式中增加了如圖4所示的輸出濾波電路，目的仍然是在輸入輸出端口形 成各自相對(duì)獨(dú)立的濾波環(huán)境。新增的電容C3、電感L3與電容C4構(gòu)成典型的濾波網(wǎng)絡(luò)(其 中電容C3并不是必須的)。在實(shí)際應(yīng)用中，電容CI、C2以及C3可以采用較小容量較小內(nèi) 阻的器件來承擔(dān)可能產(chǎn)生的瞬態(tài)電流應(yīng)力，而一個(gè)位于輸出端口的較小電感量的L3和一 個(gè)典型容量的C4即可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的濾波效果。本實(shí)施方式也適用于所述對(duì)稱交聯(lián)Boost變 換電路。本發(fā)明采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路中的二個(gè)對(duì)稱的同類變換器是相互獨(dú)立工作的，只是在輸入輸出端口根據(jù)需要進(jìn)行了交聯(lián)。其中二個(gè)對(duì)稱的Boost以及Buck變換器 的電路工況的獨(dú)立性并沒有改變，這使得針對(duì)Boost以及Buck變換器的各種優(yōu)化改進(jìn)新技 術(shù)方法仍然可以在本發(fā)明采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路構(gòu)架上無障礙地得到應(yīng)用。這些技 術(shù)包括各種無損吸收技術(shù)、各種有源或者無源軟開關(guān)技術(shù)，同步整流技術(shù)，磁集成技術(shù)，級(jí) 聯(lián)技術(shù)，基于偶合電感以及疊加原理的各種增壓或者擴(kuò)流技術(shù)，交錯(cuò)控制技術(shù)以及PFC控 制技術(shù)等等。而且，由于電路結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，上述技術(shù)在本發(fā)明采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電 路中的應(yīng)用可能會(huì)更加簡(jiǎn)潔、方便和奏效。上述所有這些技術(shù)方法與本發(fā)明的結(jié)合應(yīng)用，均 不能理解為是另外一種有別于本發(fā)明的創(chuàng)新技術(shù)。 比如，如圖5所示，將現(xiàn)有技術(shù)之同步整流技術(shù)與本發(fā)明結(jié)合，就是本發(fā)明的第五 實(shí)施方式對(duì)稱交聯(lián)同步整流雙向變換電路。該變換電路是在本發(fā)明第一或者第二實(shí)施方 式的基礎(chǔ)上，用同步控制的第三開關(guān)K3、第四開關(guān)K4代替所述第一二極管D1、第二二極管 D2，以減少二極管的損耗，提高效率；同時(shí)，由于用開關(guān)代替二極管，使得本實(shí)施方式將第一 實(shí)施方式的對(duì)稱交聯(lián)Boos t變換電路和第二實(shí)施方式的對(duì)稱交聯(lián)Buck變換電路結(jié)合為了 一個(gè)電路，對(duì)其中四個(gè)開關(guān)的適當(dāng)控制，不僅可以實(shí)現(xiàn)同步整流，還可以實(shí)現(xiàn)功率的雙向傳 輸，其中每個(gè)傳輸方向的變換特性，仍然符合本發(fā)明采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路全部特 征。 再比如，如圖6所示，將現(xiàn)有技術(shù)之無損吸收技術(shù)或者軟開關(guān)技術(shù)與本發(fā)明結(jié)合， 就是本發(fā)明的第六實(shí)施方式對(duì)稱交聯(lián)無損吸收或者軟開關(guān)變換電路。具體應(yīng)用方法是在 以上實(shí)施方式所述電路連接方式中，以第一電感L1和第一開關(guān)K1的連接節(jié)點(diǎn)a、第二電感 與第二開關(guān)的連接節(jié)點(diǎn)b以及四個(gè)輸入輸出節(jié)點(diǎn)c、d、e、f為接入點(diǎn)，增加所需要的相關(guān)附 加電路和控制(所述接入可以是連接或者斷開后連接)。這些相關(guān)附加電路可以是由若干 電感、電容、開關(guān)和二極管等器件組成的有損或者無損吸收電路、有源或者無源軟開關(guān)電路 等任意現(xiàn)有技術(shù)方案。特別地，由于電路是對(duì)稱的，這使得在某些情況下可以不必為本發(fā)明 采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路中二個(gè)對(duì)稱的變換器分別附加軟開關(guān)電路，而只需要以所述 a、b 二個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)附加一套軟開關(guān)電路即可達(dá)目的。這使得軟開關(guān)技術(shù)在本發(fā)明采 用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路上的應(yīng)用變得更加簡(jiǎn)潔和有效。同樣，軟開關(guān)技術(shù)與本發(fā)明的 結(jié)合改善了工況、提高了效率，但是本發(fā)明采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路的基本特征并沒 有因此而改變。其他技術(shù)與本發(fā)明的結(jié)合應(yīng)用不能一一枚舉，因此無論何種現(xiàn)有的或者創(chuàng)新的技 術(shù)，只要采用了本發(fā)明的電路構(gòu)架，都在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
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權(quán)利要求
一種采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路，其特征在于所述變換電路包括二個(gè)同類變換器，所述二個(gè)變換器對(duì)稱交聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路，其特征在于所述二個(gè)變換 器是二個(gè)對(duì)稱的Boost變換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路，其特征在于所述二個(gè)變換 器是二個(gè)對(duì)稱的Buck變換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路，其特征在于所述二個(gè)對(duì)稱 的Boost變換器在輸入側(cè)并聯(lián)且在輸出側(cè)串聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路，其特征在于所述二個(gè)對(duì)稱 的Buck變換器在輸入側(cè)串聯(lián)且在輸出側(cè)并聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路，其特征在于所述變換電路 包括電源、第一電感、第二電感、第一二極管、第二二極管、第一電容、第二電容、第一開關(guān)、 第二開關(guān)和負(fù)載，該電源的正極依次經(jīng)由第一電感、第一二極管的正極與負(fù)極、負(fù)載的正極 與負(fù)極、第二二極管的正極與負(fù)極、第二電感連接到電源的負(fù)極，該第一電容兩端連接在負(fù) 載的正極和電源的負(fù)極之間，該第二電容兩端連接在電源的正極和負(fù)載的負(fù)極之間，該第 一開關(guān)兩端連接在第一二極管的正極和電源的負(fù)極之間，該第二開關(guān)兩端連接在第二二極 管的負(fù)極和電源的正極之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路，其特征在于所述變換電路 包括電源、第一電感、第二電感、第一二極管、第二二極管、第一電容、第二電容、第一開關(guān)、 第二開關(guān)和負(fù)載，該電源的正極依次經(jīng)由第一開關(guān)、第一二極管的負(fù)極與正極、負(fù)載的負(fù)極 與正極、第二二極管的負(fù)極與正極、第二開關(guān)連接到電源的負(fù)極，該第一電感兩端連接在第 一二極管的負(fù)極和負(fù)載的正極之間，該第二電感兩端連接在第二二極管的正極和負(fù)載的負(fù) 極之間，該第一電容兩端連接在電源的正極和負(fù)載的負(fù)極之間，該第二電容兩端連接在電 源的負(fù)極和負(fù)載的正極之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路，其特征在于所述第一電容 和第二電容的相互串聯(lián)后與負(fù)載并聯(lián)，且串聯(lián)的中間節(jié)點(diǎn)連接到電源的一端。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路，其特征在于第三、四開 關(guān)代替所述第一、二二極管。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路，其特征在于以第一電 感和第一開關(guān)的連接節(jié)點(diǎn)、第二電感與第二開關(guān)的連接節(jié)點(diǎn)以及四個(gè)輸入輸出節(jié)點(diǎn)為吸收 附加電路或者軟開關(guān)附加電路接入點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路，其中包括二個(gè)同類的變換器，所述二個(gè)變換器對(duì)稱交聯(lián)。本發(fā)明采用對(duì)稱交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換電路顯著提高了Boost或Buck變換器的電壓傳輸比和調(diào)節(jié)性能，顯著降低了功率器件的電壓應(yīng)力，且在更大的適用范圍內(nèi)具有與Boost或Buck變換器相當(dāng)或者更高的轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H02M7/49GK101867314SQ20101019878
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者李義 申請(qǐng)人:李義