專利名稱：一種交錯(cuò)工作的三電平降壓電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型主要涉及到降壓電路領(lǐng)域，特指一種交錯(cuò)工作的三電平降壓電路。
背景技術(shù)：
普通的三電平降壓斬波電路如圖1所示，包括主電感Lm、輸出電容Co、電容Cl和C2、開關(guān)管QA和QB、二極管DA和DB，開關(guān)管QA、主電感Lm、輸出電容Co、開關(guān)管QB、電容C2、電容Cl依次串聯(lián)形成回路連接于輸入電壓Ui的兩端，二極管DA和DB串聯(lián)后兩端分別連接于開關(guān)管QA與主電感Lm之間、開關(guān)管QB與輸出電容Co之間，二極管DA的陽極與DB的陰極相連于X點(diǎn)，Cl和C2串聯(lián)其中點(diǎn)也是X點(diǎn)。舉例說明，開關(guān)管QA、QB的占空比為60%，該電路有3種電平狀態(tài)，時(shí)序圖如圖2所示。在to tl時(shí)間段，開關(guān)管QA和QB閉合，0么、1^、(:0、08、02、(:1依次串聯(lián)組成回路，主電感Lm儲存電能并向輸出電容Co充電。在tl t2時(shí)間段，QA閉合，QB關(guān)斷，QA、Lm、Co、DB、Cl依次串聯(lián)組成回路，主電感Lm釋放能量。在t2 t3時(shí)間段，QA和QB閉合，QA、Lm、Co、QB、C2、Cl依次串聯(lián)組成回路，主電感Lm儲存電能并向輸出電容Co充電。在t3 t4時(shí)間段，QA關(guān)斷，QB閉合，0么、1^、(:0、08、02依次串聯(lián)組成回路，主電感1^釋放能量。從圖2可知，t0 t2時(shí)間段是主電感Lm的一個(gè)工作周期，t0 t4時(shí)間段是開關(guān)管QA或者QB的一個(gè)工作周期?？赏评淼?，主電感Lm工作頻率是開關(guān)管工作頻率的2倍。電路中開關(guān)QA和QB的開關(guān)頻率越高，則主電感Lm和電容Co的值越小，裝置的體積重量就越小。但有兩個(gè)因素限制了開關(guān)管QA和QB的開關(guān)頻率。1、開關(guān)管QA和QB通常采用IGBT或MOSFET等功率器件，這些功率器件有一個(gè)安全開關(guān)時(shí)間，如圖2中的t3 t4時(shí)間段為QA的安全開關(guān)時(shí)間，其不能小于器件的安全開關(guān)時(shí)間。圖1中，假設(shè)主電感Lm的工作頻率為40kHz，開關(guān)管QA和開關(guān)管QB的開關(guān)頻率為20kHz，開關(guān)管QA和開關(guān)管QB關(guān)斷的最小時(shí)間為Toff (min) =5us,則Ts-QA=l/20kHz X 1000=50us,開關(guān)管QA的最大占空比Dmax ( 90%。若提高開關(guān)管QA的頻率到 40kHz，開關(guān)管 QA 關(guān)斷的最小時(shí)間仍`為 Toff(min) =5us，則 Ts_QA=l/40kHz X 1000=25us，開關(guān)管QA的大占空比Dmax彡80%。在輸入電壓不變的情況下，由于占空比的限制，則輸出電壓不能達(dá)要求，提高開關(guān)管QA的頻率到40kHz不能實(shí)現(xiàn)。2、開關(guān)管QA、QB通常采用IGBT或MOSFET等功率器件，每開關(guān)一次，都會產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)損耗。參見圖1所示的電路中，開關(guān)管QA、QB的導(dǎo)通、關(guān)斷，以及二極管DA、DB從開通態(tài)到截止態(tài)也會產(chǎn)生一定的開關(guān)損耗。參見圖2中的t4時(shí)刻，由開關(guān)管QA導(dǎo)通、QB關(guān)斷到開關(guān)管QA導(dǎo)通、QB導(dǎo)通瞬間，二極管DA從開通態(tài)到截至態(tài)，在二極管DA兩端電壓立即變?yōu)橐籌VrrmI，經(jīng)過反向恢復(fù)時(shí)間trr后穩(wěn)定在一|Vr| (即1/2輸入電壓)。流過二極管DA的電流先達(dá)到反向恢復(fù)電流峰值一I Irrml,經(jīng)過反向恢復(fù)時(shí)間trr后降低到O, 二極管截止。二極管在反向恢復(fù)時(shí)間內(nèi)兩端電壓與二極管反向恢復(fù)電流的乘積對反向恢復(fù)時(shí)間積分，得到的結(jié)果就是二極管關(guān)斷損耗，如圖3所示；反向恢復(fù)電流和反向恢復(fù)時(shí)間往往較大，從而造成較大的損耗，并且與開關(guān)頻率成正比，這一因素也影響到開關(guān)頻率的提高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題就在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉、操作簡便、可使主電感工作頻率成倍提高、進(jìn)而減小裝置的體積和重量的交錯(cuò)工作的三電平降壓電路。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:一種交錯(cuò)工作的三電平降壓電路，包括:LC濾波組件、第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第一電容Cl和第二電容C2 ；所述第一開關(guān)管Ql、第二開關(guān)管Q2的一端均與輸入電壓Ui的正極相接，所述第一開關(guān)管Ql的另一端經(jīng)第一換流電感LI與LC濾波組件的M端相接，所述第二開關(guān)管Q2的另一端經(jīng)第二換流電感L2與LC濾波組件的M端相接；所述第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4的一端均與輸入電壓Ui的負(fù)極相接，所述第三開關(guān)管Q3的另一端經(jīng)第三換流電感L3接LC濾波組件的Q端，所述第四開關(guān)管Q4的另一端經(jīng)第四換流電感L4接LC濾波組件的Q端；所述第一電容Cl的正極與輸入電壓Ui的正極相接，所述第一電容Cl的負(fù)極與第二電容C2的正極相接，所述第二電容C2的負(fù)極與輸入電壓Ui的負(fù)極相接；所述第一二極管Dl的陽極、第二二極管D2的陽極均與第一電容Cl和第二電容C2之間H點(diǎn)相接，第一二極管Dl的陰極與第二開關(guān)管Q2和第二換流電感L2之間的J點(diǎn)相接，第二二極管D2的陰極與第一開關(guān)管Ql和第一換流電感LI之間的K點(diǎn)相接；所述第三二極管D3的陰極、第四二極管D4的陰極均與第一電容Cl和第二電容C2之間H點(diǎn)相接，第三二極管D3的陽極與第三開關(guān)管Q3和第三換流電感L3之間的N點(diǎn)相接，第四二極管D4的陽極與第四開關(guān)管Q4和第四換流電感L4之間的S點(diǎn)相接。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn):所述LC濾波組件包括串聯(lián)的主電感Lm和輸出電容Co，所述主電感Lm的一端為M端，所述主電感Lm的另一端與輸出電容Co的正極相連,所述輸出電容Co的負(fù)極為Q端。所述LC濾波組件包括依次串聯(lián)的第一主電感Lml、輸出電容Co、第二主電感Lm2，所述第一主電感Lml的一端為M端,所述第一主電感Lml的另一端與輸出電容Co的正極相連，所述輸出電容Co的負(fù)極與第二主電感Lm2的一端相連,第二主電感Lm2的另一端為Q端。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:本實(shí)用新型的交錯(cuò)工作的三電平降壓電路，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉、操作簡便，其突破了功率器件安全開關(guān)時(shí)間和二極管關(guān)斷損耗對降壓斬波電路開關(guān)頻率的制約，使得裝置可工作在更高的工作頻率，從而降低了裝
置的體積重量。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中三電平降壓斬波電路的電路原理示意圖。[0022]圖2是圖1中電路在具體應(yīng)用實(shí)例中的時(shí)序示意圖。圖3是圖2中應(yīng)用實(shí)例中二極管關(guān)斷損耗的示意圖。圖4是本實(shí)用新型交錯(cuò)工作的三電平降壓電路的電路原理示意圖。圖5是圖4中電路在具體應(yīng)用實(shí)例中的時(shí)序示意圖。圖6是圖5中應(yīng)用實(shí)例中二極管關(guān)斷損耗的示意圖。圖7是本實(shí)用新型中LC濾波組件的一種實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本實(shí)用新型中LC濾波組件的另一種實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖4、圖5和圖6所示，本實(shí)用新型的交錯(cuò)工作的三電平降壓電路，包括:LC濾波組件、第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第一電容Cl和第二電容C2 ；第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2的一端均與輸入電壓Ui的正極相接，第一開關(guān)管Ql的另一端經(jīng)第一換流電感LI與LC濾波組件的M端相接，第二開關(guān)管Q2的另一端經(jīng)第二換流電感L2與LC濾波組件的M端相接；第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4的一端均與輸入電壓Ui的負(fù)極相接，第三開關(guān)管Q3的另一端經(jīng)第三換流電感L3接LC濾波組件的Q端，第四開關(guān)管Q4的另一端經(jīng)第四換流電感L4接LC濾波組件的Q端；第一電容Cl的正極與輸入電壓Ui的正極相接，第一電容Cl的負(fù)極與第二電容C2的正極相接，第二電容C2的負(fù)極與輸入電壓Ui的負(fù)極相接；第一二極管Dl的陽極、第二二極管D2的陽極均與第一電容Cl和第二電容C2之間H點(diǎn)相接，第一二極管Dl的陰極與第二開關(guān)管Q2和第二換流電感L2之間的J點(diǎn)相接，第二二極管D2的陰極與第一開關(guān)管Ql和第一換流電感LI之間的K點(diǎn)相接；第三二極管D3的陰極、第四二極管D4的陰極均與第一電容Cl和第二電容C2之間H點(diǎn)相接，第三二極管D3的陽極與第三開關(guān)管Q3和第三換流電感L3之間的N點(diǎn)相接，第四二極管D4的陽極與第四開關(guān)管Q4和第四換流電感L4之間的S點(diǎn)相接。如圖7所示，在一種具體實(shí)例中，LC濾波組件包括串聯(lián)的主電感Lm和輸出電容Co,主電感Lm的一端為M端,主電感Lm的另一端與輸出電容Co的正極相連,輸出電容Co的負(fù)極為Q端。如圖8所示，在另一種實(shí)例中，LC濾波組件包括依次串聯(lián)的第一主電感Lml、輸出電容Co、第二主電感Lm2,第一主電感Lml的一端為M端,第一主電感Lml的另一端與輸出電容Co的正極相連，輸出電容Co的負(fù)極與第二主電感Lm2的一端相連，第二主電感Lm2的
另一端為Q端。如圖1和圖7所示的實(shí)例中，在使用時(shí)，第一開關(guān)管Ql和第二開關(guān)管Q2交替工作，第三開關(guān)管Q3和第四開關(guān)管Q4交替工作，第一換流電感LI和第二換流電感L2交替工作，第三換流電感L3和第四換流電感L4交替工作。舉一個(gè)例子說明，其工作時(shí)序如圖5所示。其中，工作時(shí)序?yàn)閠0 tl時(shí)間段中第一開關(guān)管Ql和第四開關(guān)管Q4處于導(dǎo)通狀態(tài)，第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3處于關(guān)斷狀態(tài)，第一開關(guān)管Q1、第一換流電感L1、主電感Lm、輸出電容Co、第四換流電感L4、第四開關(guān)管Q4、第二電容C2、第一電容Cl組成回路，主電感Lm儲存電能并向輸出電容Co充電。tl t2時(shí)間段第一開關(guān)管Ql導(dǎo)通，第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4關(guān)斷，第一開關(guān)管Q1、第一換流電感L1、主電感Lm、輸出電容Co、第四換流電感L4、第四二極管D4、第一電容Cl組成回路，主電感Lm釋放能量。t2 t3時(shí)間段第一開關(guān)管Ql和第三開關(guān)管Q3導(dǎo)通，第二開關(guān)管Q2、第四開關(guān)管Q4關(guān)斷，第一開關(guān)管Q1、第一換流電感L1、主電感Lm、輸出電容Co、第三換流電感L3、第三開關(guān)管Q3、第二電容C2、第一電容Cl組成回路，主電感Lm儲存電能并向輸出電容Co充電。t3 t4時(shí)間段第三開關(guān)管Q3導(dǎo)通,第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第四開關(guān)管Q4關(guān)斷，主電感Lm、輸出電容Co、第三換流電感L3、第三開關(guān)管Q3、第二電容C2、第二二極管D2、第一換流電感LI組成回路，主電感Lm釋放能量。t4 t5時(shí)間段第二開關(guān)管Q2和第三開關(guān)管Q3導(dǎo)通，第一開關(guān)管Q1、第四開關(guān)管Q4關(guān)斷，第二開關(guān)管Q2、第二換流電感L2、主電感Lm、輸出電容Co、第三換流電感L3、第三開關(guān)管Q3、第二電容C2、第一電容Cl組成回路，主電感Lm儲存電能并向輸出電容Co充電。t5 t6時(shí)間段第二開關(guān)管Q2導(dǎo)通，第一開關(guān)管Q1、第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4關(guān)斷，第二開關(guān)管Q2、第二換流電感L2、主電感Lm、輸出電容Co、第三換流電感L3、第三二極管D3、第一電容Cl組成回路，主電感Lm釋放能量。t6 t7時(shí)間段第二開關(guān)管Q2和第四開關(guān)管Q4導(dǎo)通，第一開關(guān)管Q1、第三開關(guān)管Q3關(guān)斷，第二開關(guān)管Q2、第二換流電感L2、主電感Lm、輸出電容Co、第四換流電感L4、第四開關(guān)管Q4、第二電容C2、第一電容Cl組成回路，主電感Lm儲存電能并向輸出電容Co充電。t7 t8時(shí)間段第四開關(guān)管Q4導(dǎo)通,第一開關(guān)管Ql、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3關(guān)斷，主電感Lm、輸出電容Co、第四換流電感L4、第四開關(guān)管Q4、第二電容C2、第一二極管D1、第二換流電感L2組成回路，主電感Lm釋放能量。如圖5所示，t0 t2時(shí)間段是主電感Lm的一個(gè)工作周期，t0 t8時(shí)間段是開關(guān)管第一開關(guān)管Ql (或者第二開關(guān)管Q2或者第三開關(guān)管Q3或者第四開關(guān)管Q4)的一個(gè)工作周期?？赏评淼?，主電感Lm工作頻率是開關(guān)管工作頻率的4倍。由此可以推出，在開關(guān)管的工作頻率相同的條件下，本實(shí)用新型的電路中主電感工作頻率是普通的三電平降壓電路的主電感工作頻率的2倍。對于開關(guān)管:第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4的最小關(guān)斷時(shí)間仍為5us，由于第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4的工作最大占空比小于50%，這樣，理論上第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4的開關(guān)周期最小為IOus,仍可保證最小關(guān)斷時(shí)間Toff (min)=5us的要求,這樣第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4的開關(guān)頻率最高能到100k?？梢?，采用本電路后，在保證開關(guān)管可靠關(guān)斷的前提下，可以提高電路的開關(guān)頻率。如圖4所示，第一換流電感L1、第二換流電感L2、第三換流電感L3、第四換流電感L4所采用的是換流電感，將大幅度減少第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4的關(guān)斷損耗。以二極管第二二極管D2為例分析，如圖5所示，t3 t4時(shí)間段第三開關(guān)管Q3導(dǎo)通,第一開關(guān)管Ql、第二開關(guān)管Q2、第四開關(guān)管Q4關(guān)斷,主電感Lm、輸出電容Co、第三換流電感L3、第三開關(guān)管Q3、第二電容C2、第二二極管D2、第一換流電感LI組成回路，主電感Lm釋放能量。到t4時(shí)刻，第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3開通瞬間，第二二極管D2從開通態(tài)到截止態(tài)也會產(chǎn)生一定的開關(guān)損耗。由于電感第一換流電感LI的作用，第二二極管D2承受的電流在關(guān)斷時(shí)是逐步下降的，其反向恢復(fù)電流和反向恢復(fù)時(shí)間都大大減小，顯然，二極管的關(guān)斷損耗大大下降，見圖6。由此，開關(guān)頻率可進(jìn)一步提高。實(shí)施本實(shí)用新型，突破了功率器件安全開關(guān)時(shí)間和二極管關(guān)斷損耗對降壓斬波電路開關(guān)頻率的制約，使得裝置可工作在更高的工作頻率，從而降低裝置的體積重量。以上僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本實(shí)用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種交錯(cuò)工作的三電平降壓電路，其特征在于，包括:LC濾波組件、第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第一電容Cl和第二電容C2 ； 所述第一開關(guān)管Ql、第二開關(guān)管Q2的一端均與輸入電壓Ui的正極相接，所述第一開關(guān)管Ql的另一端經(jīng)第一換流電感LI與LC濾波組件的M端相接，所述第二開關(guān)管Q2的另一端經(jīng)第二換流電感L2與LC濾波組件的M端相接； 所述第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4的一端均與輸入電壓Ui的負(fù)極相接，所述第三開關(guān)管Q3的另一端經(jīng)第三換流電感L3接LC濾波組件的Q端，所述第四開關(guān)管Q4的另一端經(jīng)第四換流電感L4接LC濾波組件的Q端； 所述第一電容Cl的正極與輸入電壓Ui的正極相接，所述第一電容Cl的負(fù)極與第二電容C2的正極相接，所述第二電容C2的負(fù)極與輸入電壓Ui的負(fù)極相接； 所述第一二極管Dl的陽極、第二二極管D2的陽極均與第一電容Cl和第二電容C2之間H點(diǎn)相接，第一二極管Dl的陰極與第二開關(guān)管Q2和第二換流電感L2之間的J點(diǎn)相接，第二二極管D2的陰極與第一開關(guān)管Ql和第一換流電感LI之間的K點(diǎn)相接； 所述第三二極管D3的陰極、第四二極管D4的陰極均與第一電容Cl和第二電容C2之間H點(diǎn)相接，第三二極管D3的陽極與第三開關(guān)管Q3和第三換流電感L3之間的N點(diǎn)相接，第四二極管D4的陽極與第四開關(guān)管Q4和第四換流電感L4之間的S點(diǎn)相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交錯(cuò)工作的三電平降壓電路，其特征在于，所述LC濾波組件包括串聯(lián)的主電感Lm和輸出電容Co，所述主電感Lm的一端為M端，所述主電感Lm的另一端與輸出電容Co的正極相連，所述輸出電容Co的負(fù)極為Q端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交錯(cuò)工作的三電平降壓電路，其特征在于，所述LC濾波組件包括依次串聯(lián)的第一主電感Lml、輸出電容Co、第二主電感Lm2,所述第一主電感Lml的一端為M端,所述第一主電感Lml的另一端與輸出電容Co的正極相連,所述輸出電容Co的負(fù)極與第二主電感Lm2的一端相連，第二主電感Lm2的另一端為Q端。
專利摘要一種交錯(cuò)工作的三電平降壓電路，它的第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2的一端均與輸入電壓Ui的正極相接，第一開關(guān)管Q1的另一端經(jīng)第一換流電感L1與LC濾波組件的M端相接，第二開關(guān)管Q2的另一端經(jīng)第二換流電感L2與LC濾波組件的M端相接；第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4的一端均與輸入電壓Ui的負(fù)極相接，第三開關(guān)管Q3的另一端經(jīng)第三換流電感L3接LC濾波組件的Q端，第四開關(guān)管Q4的另一端經(jīng)第四換流電感L4接LC濾波組件的Q端。本實(shí)用新型可使主電感工作頻率成倍提高、減小裝置的體積和重量。
文檔編號H02M3/155GK202940728SQ201220647800
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者趙林沖, 湯世娟, 張勇, 廖劍飛 申請人:長沙廣義變流技術(shù)有限公司