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一種直流直流變換器的制作方法

文檔序號:12006498閱讀:283來源:國知局
一種直流直流變換器的制作方法與工藝

本實用新型涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域,具體為一種直流直流變換器。



背景技術(shù):

目前,對于在電力系統(tǒng)或電力電子與電力傳動領(lǐng)域中涉及到的直流電壓變換,一般采用傳統(tǒng)的直流/直流變換器(DC/DC變換器)。傳統(tǒng)的DC/DC變換器一般采用Buck、Boost或Buck-Boost或其衍生拓?fù)?非隔離),或正激、反激電路及其拓?fù)?。在寬范圍輸出需求場合有時還會用到單輸入多通道輸出型DC/DC變換器。

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的一種典型的Buck-Boost拓?fù)潆娐?,如圖1所示,該電路具體包括:直流電源、儲能電感L、續(xù)流二極管VD、開關(guān)S、輸出電容以及控制電路和保護(hù)電路等裝置(其中,R表示負(fù)載)。其中輸出電壓Uo的值可以根據(jù)開關(guān)S的開通時間ton來調(diào)節(jié),D為占空比,在給定UIN的情況下,調(diào)節(jié)占空比即可改變輸出電壓Uo的值。

對于上述典型的DC/DC變換器,由于電路結(jié)構(gòu)固定,在輸入電壓UIN確定的情況下,改變輸出電壓Uo的值只能通過改變占空比D來改變,而占空比的改變會造成電感紋波電流的變化,從而影響電壓畸變率。所以在保證電壓畸變率的情況下典型的DC/DC變換器一般不能達(dá)到很寬的輸出范圍。并且有些控制集成電路(IC)為了保證DC/DC電路穩(wěn)定工作,通常也會限制占空比調(diào)節(jié)范圍,從而不能達(dá)到寬范圍輸出。

單輸入多通道輸出的DC/DC變換電路是調(diào)節(jié)直流電壓寬范圍輸出的一個方法:將多個參數(shù)不同的DC/DC變換器并聯(lián),每一個DC/DC變換器有一定的輸出范圍,輸出特定的電壓時選擇對應(yīng)的變換器即可。但是這種多通道輸出的DC/DC變換電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,并且成本較高。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,本實用新型提供一種直流直流變換器,輸出電壓的電壓畸變率小,結(jié)構(gòu)簡單,設(shè)計合理,工作穩(wěn)定,使用壽命長。

本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):

一種直流直流變換器,包括:

三個并聯(lián)連接在電源上的變換器通道,第一變換器通道包括第一開關(guān)器件、第一電感和第一二極管,第二變換器通道包括第二開關(guān)器件、第二電感和第二二極管,第三變換器通道包括第三開關(guān)器件、第三電感和第三二極管;

兩個串聯(lián)連接的升壓開關(guān)器件,連接在所述第一電感、所述第二電感和所述第三電感的連接點與電源負(fù)極之間;

續(xù)流二極管,該續(xù)流二極管的正極與所述第一電感、所述第二電感和所述第三電感的連接點連接;

以及兩個串聯(lián)連接的輸出側(cè)公共濾波電容,連接在所述續(xù)流二極管的負(fù)極與電源負(fù)極之間,且兩個所述輸出側(cè)公共濾波電容之間的連接點通過導(dǎo)線與兩個所述升壓開關(guān)器件之間的連接點連接;

輸出端負(fù)極與電源負(fù)極連接,輸出端正極與續(xù)流二極管負(fù)極連接。

優(yōu)選的,所述第一開關(guān)器件、所述第二開關(guān)器件和所述第三開關(guān)器件各自的集電極與所述電源的正極連接;

所述第一開關(guān)器件的發(fā)射極與所述第一電感的一端連接,所述第二開關(guān)器件的發(fā)射極與所述第二電感的一端連接,所述第三開關(guān)器件的發(fā)射極與所述第三電感的一端連接;

所述第一二極管的負(fù)極連接在所述第一開關(guān)器件與所述第一電感之間,所述第二二極管的負(fù)極連接在所述第二開關(guān)器件與所述第二電感之間,所述第三二極管的負(fù)極連接在所述第三開關(guān)器件與所述第三電感之間;

所述第一二極管、第二二極管和第三二極管各自的正極與所述電源的負(fù)極連接。

進(jìn)一步,所述第一開關(guān)器件、所述第二開關(guān)器件和所述第三開關(guān)器以及第一升壓開關(guān)器件和第二升壓開關(guān)器件的集電極和發(fā)射極之間分別并聯(lián)有一個二極管。

進(jìn)一步,所述電源的正極和負(fù)極之間連接有輸入端電容。

進(jìn)一步,進(jìn)行直流電壓變換時,所述第一開關(guān)器件、所述第二開關(guān)器件和所述第三開關(guān)器件依次交錯120度以各自的預(yù)定占空比工作,且兩個所述升壓開關(guān)器件處于關(guān)斷狀態(tài)。

進(jìn)一步,進(jìn)行直流電壓變換時,所述第一開關(guān)器件、所述第二開關(guān)器件和所述第三開關(guān)器件依次交錯120度以各自的預(yù)定占空比工作,且兩個所述升壓開關(guān)器件在相鄰周期中交替開通。

進(jìn)一步,進(jìn)行直流電壓變換時,所述第一開關(guān)器件、所述第二開關(guān)器件和所述第三開關(guān)器件均處于開通狀態(tài),兩個所述升壓開關(guān)器件在相鄰周期中交替以各自的預(yù)定占空比工作,并且在其中一個升壓開關(guān)器件以其預(yù)定占空比工作的情況下,另一升壓開關(guān)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實用新型具有以下有益的技術(shù)效果:

本實用新型通過采用三通道多重化和升壓開關(guān)管的結(jié)構(gòu),可以使得輸出電壓的電壓畸變率小于1%。并且,采用恒功率輸出,輸出低壓時電流輸出大電流,輸出高壓時電流輸出小電流。在輸出高電壓時兩個升壓開關(guān)器件的串聯(lián)可以降低開關(guān)器件的承受壓降,由此可以在寬范圍輸出的同時滿足電壓畸變率低的需求。續(xù)流二極管在兩個升壓開關(guān)器件工作時起續(xù)流的作用。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種典型的Buck-Boost拓?fù)潆娐贰?/p>

圖2是本實用新型一種實施方式的直流直流變換器的電路原理示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明,所述是對本實用新型的解釋而不是限定。

本實用新型一種實施方式提供的直流直流變換器(DC/DC變換器)包括:

三個并聯(lián)連接的變換器通道,第一變換器通道包括第一開關(guān)器件、第一電感和第一二極管,第二變換器通道包括第二開關(guān)器件、第二電感和第二二極管,第三變換器通道包括第三開關(guān)器件、第三電感和第三二極管;

兩個串聯(lián)連接的升壓開關(guān)器件,連接在所述第一電感、所述第二電感和所述第三電感的連接點與電源負(fù)極之間;

續(xù)流二極管,該續(xù)流二極管的正極與所述第一電感、所述第二電感和所述第三電感的連接點連接;以及

兩個串聯(lián)連接的輸出側(cè)公共濾波電容,連接在所述續(xù)流二極管的負(fù)極與電源負(fù)極之間,且兩個所述輸出側(cè)公共濾波電容之間的連接點通過導(dǎo)線與兩個所述升壓開關(guān)器件之間的連接點連接。

其中,所述第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件和第三開關(guān)器件可以為絕緣柵雙極型晶體管IGBT。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,關(guān)于上述第一至第三開關(guān)器件的描述僅僅是示例性的,并非用于限定本實用新型。

下面結(jié)合圖2對本實用新型提供的一種直流直流變換器進(jìn)行描述。雖然圖2中示出了特定數(shù)量的元器件,但其僅僅是示例性的,并非用于限定本實用新型。

具體地,直流直流變換器包括三個并聯(lián)連接的變換器通道、兩個串聯(lián)連接的升壓開關(guān)器件、一個續(xù)流二極管D4和兩個串聯(lián)連接的輸出側(cè)公共濾波電容。

其中,第一變換器通道包括第一開關(guān)器件Q1、第一電感L1和第一二極管D1,第二變換器通道包括第二開關(guān)器件Q2、第二電感L2和第二二極管D2,第三變換器通道包括第三開關(guān)器件Q3、第三電感L3和第三二極管D3;兩個串聯(lián)連接的升壓開關(guān)器件分別為第一升壓開關(guān)器件Q4和第二升壓開關(guān)器件Q5;兩個串聯(lián)連接的輸出側(cè)公共濾波電容分別為第一輸出側(cè)公共濾波電容C4和第二輸出側(cè)公共濾波電容C5。

在本實用新型中,在輸出高電壓時兩個升壓開關(guān)器件Q4和Q5的串聯(lián)可以降低開關(guān)器件的承受壓降,由此可以在寬范圍輸出的同時滿足電壓畸變率低的需求。續(xù)流二極管D4在兩個升壓開關(guān)器件Q4和Q5工作時起續(xù)流的作用。

根據(jù)本實用新型一種實施方式,所述第一開關(guān)器件Q1、所述第二開關(guān)器件Q2和所述第三開關(guān)器件Q3各自的集電極與所述電源的正極連接;所述第一開關(guān)器件Q1的發(fā)射極與所述第一電感L1的一端連接,所述第二開關(guān)器件Q2的發(fā)射極與所述第二電感L2的一端連接,所述第三開關(guān)器件Q3的發(fā)射極與所述第三電感L3的一端連接;所述第一二極管D1的負(fù)極連接在所述第一開關(guān)器件Q1與所述第一電感L1之間,所述第二二極管D2的負(fù)極連接在所述第二開關(guān)器件Q2與所述第二電感L2之間,所述第三二極管D3的負(fù)極連接在所述第三開關(guān)器件Q3與所述第三電感L3之間;而述第一二極管D1、第二二極管D2和第三二極管D3各自的正極與所述電源的負(fù)極連接。

其中,所述第一開關(guān)器件Q1、所述第二開關(guān)器件Q2和所述第三開關(guān)器件Q3以及第一升壓開關(guān)器件Q4和第二升壓開關(guān)器件Q5分別并聯(lián)有一個二極管。

舉例來講,本實用新型的一個實例在輸入電壓UIN為500V時,輸出電壓Uo范圍可達(dá)200V-2000V,最大輸出功率為200kW。由此可知,本實用新型的相比于傳統(tǒng)DC/DC變換器具有輸出范圍寬、電壓畸變率小、以及輸出功率高等特點。

根據(jù)本實用新型一種實施方式,所述第一開關(guān)器件Q1、所述第二開關(guān)器件Q2和所述第三開關(guān)器件Q3依次交錯120度以各自的預(yù)定占空比工作,且兩個所述升壓開關(guān)器件處于關(guān)斷狀態(tài)。

舉例來講,第一升壓開關(guān)器件Q4、第二升壓開關(guān)器件Q5一直關(guān)斷,第一開關(guān)器件Q1、第二關(guān)器件Q2、第三開關(guān)器件Q3依次交錯120度;例如,第一開關(guān)器件Q1在0-120度范圍內(nèi)、第二關(guān)器件Q2在120-240度范圍內(nèi)、第三開關(guān)器件Q3在240-360度范圍內(nèi);以各自的預(yù)定占空比工作的情況下,此時可以滿足UO≤UIN。

由此,Q1、Q2、Q3這3個IGBT開關(guān)不僅均分了低壓大電流而且實現(xiàn)了對第一輸出側(cè)公共濾波電容C4和第二輸出側(cè)公共濾波電容C5的同時低紋波電流充電,從而降低了輸出電壓畸變率。

根據(jù)本實用新型一種實施方式,所述第一開關(guān)器件Q1、所述第二開關(guān)器件Q2和所述第三開關(guān)器件Q3依次交錯120度以各自的預(yù)定占空比工作,且兩個所述升壓開關(guān)器件在相鄰周期中交替開通。

舉例來講,在第一開關(guān)器件Q1、第二關(guān)器件Q2、第三開關(guān)器件Q3依次交錯120度;例如,第一開關(guān)器件Q1在0-120度范圍內(nèi)、第二關(guān)器件Q2在120-240度范圍內(nèi)、第三開關(guān)器件Q3在240-360度范圍內(nèi);以各自的預(yù)定占空比工作,且第一周期中第一升壓開關(guān)器件Q4開通而第二升壓開關(guān)器件Q5關(guān)斷、第二周期中第二升壓開關(guān)器件Q5開通而第一升壓開關(guān)器件Q4關(guān)斷的情況下,此時可以滿足2UIN≥UO≥UIN

由此,Q1、Q2、Q3這3個IGBT開關(guān)不僅均分了低壓大電流而且實現(xiàn)了對第一輸出側(cè)公共濾波電容C4和第二輸出側(cè)公共濾波電容C5的分別低紋波電流充電。

根據(jù)本實用新型一種實施方式,所述第一開關(guān)器件Q1、第二關(guān)器件Q2、第三開關(guān)器件Q3均處于開通狀態(tài),兩個所述升壓開關(guān)器件在相鄰周期中交替以各自的預(yù)定占空比工作,并且在其中一個升壓開關(guān)器件以其預(yù)定占空比工作的情況下,另一升壓開關(guān)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)。

舉例來講,在所述第一開關(guān)器件Q1、第二關(guān)器件Q2、第三開關(guān)器件Q3一直開通的情況下:在第一周期中,第二升壓開關(guān)器件Q5開通,而第一升壓開關(guān)器件Q4以預(yù)定占空比工作,由此可以對第二輸出側(cè)公共濾波電容C5單獨充電;在第二周期中,第一升壓開關(guān)器件Q4開通,第二升壓開關(guān)器件Q5以預(yù)定占空比工作,由此可以對第一輸出側(cè)公共濾波電容C4單獨充電。在上述情形下,可以滿足UO≥2UIN

由此可知,相比于對第一輸出側(cè)公共濾波電容C4和第二輸出側(cè)公共濾波電容C5同時充電的情形,上述這種工作方式下升壓斬波充電紋波電流變小。并且結(jié)合圖2可以看出,如果輸出為2000V直流電壓時,第一升壓開關(guān)器件Q4和第二升壓開關(guān)器件Q5分別承壓約為1000V,有效降低了IGBT承壓。

此外,對于上述描述的各器件的預(yù)定占空比,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要預(yù)先進(jìn)行設(shè)定,本實用新型不對此進(jìn)行限定。

從上述實施方式可以看出,本實用新型的直流直流變換器采用三通道多重化加升壓開關(guān)的結(jié)構(gòu),使得輸出電壓范圍較寬。也就是,可以在恒功率輸出下滿足寬范圍輸出,并且滿足低電壓畸變率的要求,具有通用性強(qiáng)的優(yōu)點,可以靈活應(yīng)用在不同需求的系統(tǒng)中。

此外,本實用新型在滿足寬范圍輸出的情況下使用單通道輸出,在滿足要求的情況下結(jié)構(gòu)簡單,對元器件利用率較高,降低了電路的復(fù)雜程度與成本。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本實用新型的優(yōu)選實施方式,但是,本實用新型并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié),在本實用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi),可以對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型,這些簡單變型均屬于本實用新型的保護(hù)范圍。

另外需要說明的是,在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征,在不矛盾的情況下,可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù),本實用新型對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外,本實用新型的各種不同的實施方式之間也可以進(jìn)行任意組合,只要其不違背本實用新型的思想,其同樣應(yīng)當(dāng)視為本實用新型所公開的內(nèi)容。

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