專利名稱：T型升壓變換器的拓撲結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種升壓變換器的電路拓撲結(jié)構(gòu)，特別涉及一種采用單電感的DC-DC型升壓 變換器的拓撲結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的DC-DC升壓電路中，當升壓倍數(shù)比較高時，常采用變壓器結(jié)構(gòu)的變換器，或多 級升壓的結(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)定性等不足。
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)較高時的控制精度，提出了一種采用多個 輸出電容串聯(lián)，并對各個輸出級聯(lián)電容分別進行升壓控制的拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高性能的升壓變 換。
為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種T型升壓變換器的拓撲結(jié)構(gòu)，通過2k個開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的橫軸；通過 k個電容串聯(lián)構(gòu)成T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的最右端開關(guān)相連；其中相鄰兩個可控開關(guān)間的節(jié)
點和相鄰兩個電容間的節(jié)點，由單向從橫軸流向縱軸整流支路連接，在鄰兩個電容間的節(jié)點
和相鄰兩個不控整流開關(guān)間的節(jié)點之間的節(jié)點之間有從縱軸流向橫軸的單向可控開關(guān)支路； 通過擴展T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1的正整數(shù)。
增加擴展單元器件組，并按上述的連接方式能擴展電路。
本發(fā)明的有益效果
與傳統(tǒng)的DC-DC升壓變換器相比較，本發(fā)明所公開的T型升壓變換器采用單電感的結(jié)構(gòu)， 對各個串聯(lián)輸出側(cè)的電容進行獨立充電，在較高升壓倍數(shù)的情況下，有較高的控制精度；同 時，也克服了多級串聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性不足等問題。
圖1為本發(fā)明提出的T型升壓變換器的拓撲結(jié)構(gòu)圖。 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。
具體實施例方式
結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明-
圖1為T型升壓變換器的拓撲結(jié)構(gòu)圖。開關(guān)S,p S21……&,、 Sfll2、 SD22……^(w)2 (k
為不小于l的正整數(shù)，下同)共2k個開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的橫軸；通過電容Cp
C2……Ck共k個電容串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的縱軸；開關(guān)&,通過電感L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開關(guān)^(4_1)2相連；其中開關(guān)Su與S(i+,),
(i=l,2……k-l)之間的節(jié)點和電容C,與C(i+D的節(jié)點之間有單向從橫軸流向縱軸整流支路，
在電容Ci與C(i+,)的節(jié)點和開關(guān)S^與Sw+w之間的節(jié)點之間有從縱軸流向橫軸的單向可控開
關(guān)支路。通過擴展T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，可以拓展變 換器。負載I^表示系統(tǒng)的負載，可有多種構(gòu)成形式及性質(zhì)。
開關(guān)&。 SDA1、 SD(A_1)2、電容Ck、開關(guān)&2構(gòu)成T型變換器的擴展單元組，當增加此元
器件組，并按上述的連接方式擴展電路時，可以增加變換器的級數(shù)。
縱軸上的電容C,、 C2……Ck是tr出電容，電容支路采用串聯(lián)式同時放電方式，獨立分
時充電方式。放電狀態(tài)與傳統(tǒng)的升壓變換器一樣，在此不做贅述，以下對各個電源的分時充 電進行簡述描述。
各個電容的充電過程可分為電感儲能的階段和電感向電容進行能量轉(zhuǎn)移的階段，以圖1 中所示的電容C。 (n=l， 2……k)為例，其儲能及能量轉(zhuǎn)移過程中，開關(guān)5 2設(shè)置處于導(dǎo)通狀
態(tài)，開關(guān)^(y^")處于斷開狀態(tài)，將開關(guān)^除外的橫軸可控開關(guān)S,、 S21……S( —1}1、
置于導(dǎo)通狀態(tài)，通過S^的開關(guān)狀態(tài)切換進行工作，詳細過程如下。
電容C"0-1,2…"的電感儲能階段當開關(guān)&,導(dǎo)通時，使得開關(guān)5^12、 Sfl22……SD(t_1)2
受正向偏壓進入導(dǎo)通狀態(tài)，此時，V、電感L、開關(guān)&、 S21……S41、 SDI2、 SD22……A(JM)2
構(gòu)成回路，直流輸入電源對電感進行儲能，電感上的電流不斷增加。
電容(: (" = 1，2...^:)的能量向電容轉(zhuǎn)移階段開關(guān)&,截止時，電源V、電感L、開關(guān)&,……
S( +2)1、 S( +1)1、電容C"、開關(guān)&2、 &2……5^_1)2構(gòu)成回路，此時直流輸入電源及電感的
能量向電容C。轉(zhuǎn)移。對于縱軸上的其他電容而言，上述工作過程分析有兩個特例需要排除
(1) 電容C,在充電時，因為沒有開關(guān)512存在，此時的回路是電源V、電感L、開關(guān)521、
S31SH 、 電容C,、 開關(guān)SD12 、 SD(4_1)2 ;
(2) 電容Ck在充電時，因為沒有開關(guān)5^2存在，此時的回路是電源V、電感L、電容 Ck、開關(guān)&2。
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。拓撲 中的開關(guān)能選多種可控開關(guān)或開關(guān)拓撲結(jié)構(gòu)，此處僅給出兩種示例。
權(quán)利要求
1. 一種T型升壓變換器的拓撲結(jié)構(gòu)，其特征在于通過開關(guān)(S11)、(S21)……(Sk1)、(SD12)、(SD22)……(SD(k-1)2)，共2k個開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的橫軸；通過電容(C1)、(C2)……(C)共k個電容串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的縱軸；(Sk1)通過電感(L)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開關(guān)SD(k-1)2相連；其中開關(guān)Si1與(S(i+1)1)，i＝1，2……k-1，下同，之間的節(jié)點和電容(Ci)與(C(i+1))的節(jié)點之間有單向從橫軸流向縱軸整流支路，在電容(Ci)與(C(i+1))的節(jié)點和開關(guān)(SDi2)與(SD(i+1)2)之間的節(jié)點之間有從縱軸流向橫軸的單向可控開關(guān)支路；通過擴展T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1的正整數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的T型升壓變換器的拓撲結(jié)構(gòu)，其特征在于開關(guān)()、 ( )、 (&(t-1)2)、電容(Ck)、開關(guān)(&2)構(gòu)成T型變換器的擴展單元組，當增加該元器件組，并按上述的連接方式擴展電路時，增加變換器的級數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的T型升壓變換器的拓撲結(jié)構(gòu)，其特征在于開關(guān)(&)、 (S21 )……()、 (S22)……(&2)選擇可控電力電子開關(guān)IGBT或MOSFET。
全文摘要
本發(fā)明公開了T型升壓變換器的拓撲結(jié)構(gòu)，其特征在于通過開關(guān)(S<sub>11</sub>、S<sub>21</sub>…S<sub>k1</sub>、S<sub>D12</sub>、S<sub>D22</sub>…S<sub>D(k-1)2</sub>)，共2k個開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的橫軸；通過電容(C<sub>1</sub>、C<sub>2</sub>……C<sub>k</sub>)共k個電容串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的縱軸；開關(guān)(S<sub>k1</sub>)通過電感L與直流輸入電源的高電位端相連，直流輸入電源的另一端與開關(guān)(S<sub>D(k-1)2</sub>)相連；其中開關(guān)(S<sub>i1</sub>)、(S<sub>(i+1)1</sub>)，i＝1.2…k-1，之間的節(jié)點和電容(C<sub>i</sub>)、(C<sub>(i+1)</sub>)的節(jié)點之間有單向從橫軸流向縱軸整流支路，在電容(C<sub>i</sub>)、(C<sub>(i+1)</sub>)的節(jié)點和開關(guān)(S<sub>Di2</sub>)、(S<sub>D(i+1)2</sub>)之間的節(jié)點之間有從縱軸流向橫軸的單向可控開關(guān)支路，k為大于或等于1的正整數(shù)。通過擴展T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，可以拓展變換器。
文檔編號H02M3/07GK101453162SQ20081022228
公開日2009年6月10日 申請日期2008年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月16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 申請人:北京交通大學(xué)