專利名稱：改進l型降壓變換器的拓?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降壓變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，特別涉及一種改進L型DC-DC型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的DC-DC降壓電路中，輸入電壓與輸出電壓差別很大時，常采用變壓器結(jié)構(gòu)的變換器，或是多級降壓的結(jié)構(gòu)，此時控制精度難以得到保證，同時多級串聯(lián)的方式帶來了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性及系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題。原有L型降壓變換器的器件耐壓并非全部都是一個電容的電壓，因此對于器件選擇造成了 一定的難度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決輸入電壓與輸出電壓差值較高時的控制精度以及系統(tǒng)串聯(lián)的復(fù)雜性、穩(wěn)定性上的不足，提出了一種采用多個輸入電容串聯(lián)，并對各個輸入級聯(lián)電容分別進行降壓控制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高性能變換，并且拓?fù)渲械钠骷蛪壕取?br>
為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種改進L型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)成該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的器件之間的連接為通過k個
開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成L型變換器的橫軸；通過k個電容串聯(lián)構(gòu)成L型變換器的縱軸；橫軸的最
后一個開關(guān)通過電感與負(fù)載一端相連，負(fù)載的另外一端與橫軸各個節(jié)點間各有一個從負(fù)載端流向橫軸的單向可控支路；橫軸上相鄰兩個開關(guān)間的節(jié)點與對應(yīng)的縱軸上兩個電容間的節(jié)點，
由從縱軸流向橫軸的單向開關(guān)連接，k為大于或等于1的正整數(shù)；通過擴展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，可以拓展變換器的級數(shù)。第k級的開關(guān)及第k級電容構(gòu)成擴展單元組，按上述的連接方式擴展電路時，可以增加變換器的級數(shù)。本發(fā)明的益處
與傳統(tǒng)的DC-DC降壓變換器相比較，本發(fā)明所公開的改進L型降壓變換器釆用單電感的結(jié)構(gòu)，對各個串聯(lián)的輸入側(cè)電容進行分時獨立放電，輸入電壓與輸出電壓的壓差很大的情況下，有較高的控制精度，并克服了系統(tǒng)串聯(lián)引入的可靠性及系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面的問題，并且拓?fù)渲械钠骷蛪壕?，為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的使用及器件選擇帶來了方便。
圖1為本發(fā)明提出的改進L型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖2 (a)為MOSFET等效可控開關(guān)的示例圖。圖2 (b)為IGBT等效可控開關(guān)的示例圖。圖3為改進L型降壓變換器的等效拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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為改進L型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。通過開關(guān)& 、 SU21……S^共k個器件串聯(lián)
構(gòu)成改進L型變換器的橫軸；通過電容Cp C2……Ck共k個電容串聯(lián)構(gòu)成改進L型變換器的縱軸；開關(guān)S皿通過電感^與負(fù)載^一端相連，負(fù)載的另外一端與橫軸各個節(jié)點間各有一個從負(fù)載端流向橫軸的單向可控支路；可控開關(guān)512、 S22……&_2)2的順序串聯(lián)結(jié)構(gòu)與可控開關(guān)<^_1)2相連；可控開關(guān)S, 、 S(,.+,)2的節(jié)點與二極管S。,, 、 間的節(jié)點之間有二極管^(,+1)2 ,
其陽極接可控開關(guān)S"、 5(,.+1)2間的節(jié)點；橫軸上開關(guān)S^、 ^(^間的節(jié)點與縱軸上電容CVD、Ck間的節(jié)點有從縱軸流向橫軸的單向開關(guān)，k為大于等于2的正整數(shù)，i=l，2……k。
開關(guān)&。 Sflt2、電容Cp開關(guān)S(wp構(gòu)成改進L型變換器的擴展單元組，按上述
的連接方式擴展電路時，可以增加變換器的級數(shù)。
以圖1中所示的電容Cn (n=l， 2……k)為例，對降壓過程進行描述。開關(guān)&,、 &2(/>")
設(shè)置處于導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)S"C/、")處于斷開狀態(tài)，通過5^的開關(guān)狀態(tài)切換對電容C。進行降
壓變換的控制，詳細過程如下。
階段1:當(dāng)開關(guān)&2導(dǎo)通時，使得二極管^("+D,……S^受正向偏壓進入導(dǎo)通狀態(tài)，此時
電容"、開關(guān)S^、 二極管&( +1>1……S朋、電感丄,、負(fù)載^、開關(guān)^_1)2、 2)2'…"&2、
&2、 S( —w的反并聯(lián)二極管一起構(gòu)成回路，電容向負(fù)載供電。
階段2:當(dāng)開關(guān)5 2截止時，電感Zp負(fù)載及。SW2、 S^構(gòu)成回路，此時形成續(xù)流回路。
上述工作過程中，將電容Cn對應(yīng)的兩個開關(guān)管中，S",作為常開開關(guān)，&2作為調(diào)制開關(guān)。
若將S",、 &2的開關(guān)狀態(tài)互換，&2作為常開開關(guān)，S",作為調(diào)制開關(guān)，電路功能仍完全一樣。對于電容Ck而言，其只能選擇開關(guān)&,作為調(diào)制管。
4對于縱軸上的其他電容而言，上述工作過程分析有如下特例需要排除
(1) 電容q在放電時，因為沒有開關(guān)5^2存在，此時的回路是電容C。開關(guān)S,、 SD21……
sM、電感^、負(fù)載足、開關(guān)^_1)2……s22、 s12;
(2) 電容Ck在放電時，因為沒有開關(guān)&2，此時的回路是電容Ck、開關(guān)&。電感^、SDt2、 S^",的反并聯(lián)二極管構(gòu)成回路。
圖2 (a)為MOSFET等效可控開關(guān)的示例圖。圖2 (b)為IGBT等效可控開關(guān)的示例圖。此類全控型可控器件均可以作為拓?fù)渲械目煽亻_關(guān)。
圖3為改進L型降壓變換器的等效拓?fù)鋱D。可控開關(guān)S^所在支路改為斷路，可控開關(guān)Su所在支路改為短路。在此情況下，電容<:2……Ck的工作過程與圖1所示電路的工作過程一樣，在此不做詳述。
對于C,而言，其放電回路變?yōu)殡娙軨,、 二極管<^21……SDA1、電感丄"負(fù)載A、開關(guān)
S"l)2《22、 《12 0
權(quán)利要求
1. 一種改進L型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于通過k個開關(guān)器件，二極管SD11、SD21……SDk1串聯(lián)構(gòu)成L型變換器的橫軸；通過k個電容C1、C2……Ck串聯(lián)構(gòu)成L型變換器的縱軸；橫軸上二極管SDi1、SD(i-1)1間的節(jié)點與縱軸上電容C(i-1)、Ci間的節(jié)點有從縱軸流向橫軸的單向開關(guān)，其中i＝2……k；二極管SDk1的陰極通過電感LA與負(fù)載RL一端相連，負(fù)載的另外一端與可控開關(guān)S(k-1)2的一端相連；可控開關(guān)S(k-1)2的另一端與二極管SD(k-1)2及可控開關(guān)S(k-2)2的交點相連；二極管SDk2的陰極與二極管SDk1、SD(k-1)1間的節(jié)點相連；可控開關(guān)S12、S22……S(k-2)2的順序串聯(lián)結(jié)構(gòu)與可控開關(guān)S(k-1)2相連；可控開關(guān)Si2、S(i+1)2的節(jié)點與二極管SDi1、SD(i+1)1間的節(jié)點之間有二極管SD(i+1)2，其陽極接可控開關(guān)Si2、S(i+1)2間的節(jié)點；上述描述中，k為大于或等于1的正整數(shù)；通過擴展L型結(jié)構(gòu)的橫、縱軸以及單向可控開關(guān)支路，將擴展變換器的級數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進L型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于開關(guān)&, 、 SDtl 、 S 2、 S(t_1)2、電容Ck構(gòu)成L型變換器的擴展單元組，按上述的連接方式擴展電路時，可以增加變換器的級數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進L型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于開關(guān)&、 S21……&,、 S12……^選擇可控電力電子開關(guān)IGBT、 MOSFET或等效帶反并聯(lián)二極管的可 控開關(guān)拓?fù)洹?br>
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進L型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于可控開關(guān)5011 所在支路改為斷路，可控開關(guān)Su所在支路改為短路，電路仍正常工作。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進L型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于將開關(guān)521…… &,改為開關(guān)串聯(lián)形式，開關(guān)&,由n個耐壓一致的較低耐壓器件串聯(lián)構(gòu)成，其中11=1,2……k， 將滿足每個開關(guān)管的耐壓均衡的要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了改進L型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過k個開關(guān)器件，二極管S<sub>D11</sub>、S<sub>D21</sub>……S<sub>Dk1</sub>串聯(lián)構(gòu)成L型變換器的橫軸；通過k個電容C<sub>1</sub>、C<sub>2</sub>……C<sub>k</sub>串聯(lián)構(gòu)成L型變換器的縱軸；橫軸上開關(guān)S<sub>Di1</sub>、S<sub>D(i-1)1</sub>間的節(jié)點與縱軸上電容C<sub>(i-1)</sub>、C<sub>i</sub>間的節(jié)點有從縱軸流向橫軸的單向開關(guān)，其中i＝2……k；開關(guān)S<sub>Dk1</sub>的陰極通過電感L<sub>A</sub>與負(fù)載R<sub>L</sub>一端相連，負(fù)載的另外一端與可控開關(guān)S<sub>(k-1)2</sub>的一端相連；可控開關(guān)S<sub>(k-1)2</sub>的另一端與二極管S<sub>D(k-1)2</sub>及可控開關(guān)S<sub>(k-2)2</sub>的交點相連；二極管S<sub>Dk2</sub>的陰極與二極管S<sub>Dk1</sub>、S<sub>D(k-1)1</sub>間的節(jié)點相連；可控開關(guān)S<sub>12</sub>、S<sub>22</sub>……S<sub>(k-2)2</sub>的順序串聯(lián)結(jié)構(gòu)與可控開關(guān)S<sub>(k-1)2</sub>相連；可控開關(guān)S<sub>i2</sub>、S<sub>(i+1)2</sub>的節(jié)點與二極管S<sub>Di1</sub>、S<sub>D(i+1)1</sub>間的節(jié)點之間有二極管S<sub>D(i+1)2</sub>，其陽極接可控開關(guān)S<sub>i2</sub>、S<sub>(i+1)2</sub>間的節(jié)點；i為大于或等于1的正整數(shù)；通過擴展L型結(jié)構(gòu)的橫、縱軸及單向可控開關(guān)支路，擴展變換器的級數(shù)。
文檔編號H02M3/07GK101488708SQ20081022447
公開日2009年7月22日 申請日期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 申請人:北京交通大學(xué)