專(zhuān)利名稱：T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)明涉及一種降壓變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，特別涉及一種采用單電感的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，當(dāng)輸出電壓比輸入電壓的比值較小，采用單級(jí)降壓時(shí)的占 空比太小，常采用變壓器結(jié)構(gòu)的變換器，或是多級(jí)降壓的結(jié)構(gòu)。由于輸出電壓與輸出電壓相 差較大，控制精度難以得到保證，并增加了電路的復(fù)雜性，引起了多級(jí)電源級(jí)聯(lián)可能導(dǎo)致系 統(tǒng)不穩(wěn)定性的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決輸入電壓與輸出電壓差別很大時(shí)的控制精度，提出 了一種采用多個(gè)輸入電容串聯(lián)分壓，并對(duì)各個(gè)輸入級(jí)聯(lián)電容分別進(jìn)行降壓控制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 實(shí)現(xiàn)高性能的降壓變換。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種T型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)2k-l個(gè)開(kāi)關(guān)器件依次串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的橫 軸；通過(guò)電容串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的縱軸，k為大于或等于1的正整數(shù)；橫軸的最后一個(gè)開(kāi) 關(guān)通過(guò)電感與負(fù)載的一端相連，負(fù)載的另一端與橫軸的另一端相連；輸入電源的高電位端與 縱軸上電容的高電位端相連，輸入電源的低電位端與縱軸上電容的低電位端相連；其中相鄰 兩個(gè)電容間的節(jié)點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的相鄰兩個(gè)開(kāi)關(guān)間的節(jié)點(diǎn)，由單向從縱軸流向橫軸可控開(kāi)關(guān)支路連 接。通過(guò)擴(kuò)展T型結(jié)構(gòu)的橫、縱軸以及單向整流支路、單向可控開(kāi)關(guān)支路，拓展變換器。
拓?fù)渲械倪x擇可控電力電子開(kāi)關(guān)IGBT或MOSFET。 上述結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行變換，在縱軸與橫軸的交點(diǎn)上增加一個(gè)開(kāi)關(guān)，與k+l個(gè)電容串聯(lián)構(gòu)成T 型變換器的縱軸；通過(guò)k個(gè)開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成變換器的橫軸；橫軸的最后一個(gè)開(kāi)關(guān)通過(guò)電感 與負(fù)載的一端相連，負(fù)載的另一端與開(kāi)頭新增開(kāi)關(guān)與橫軸延長(zhǎng)線的交點(diǎn)相連；其中相鄰兩個(gè) 電容間的節(jié)點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的相鄰兩個(gè)開(kāi)關(guān)間的節(jié)點(diǎn)之間有單向從縱軸流向橫軸可控開(kāi)關(guān)支路。
本發(fā)明的有益效果
與傳統(tǒng)的DC-DC降壓變換器相比較，本發(fā)明所公開(kāi)的T型降壓變換器采用單電感的結(jié)構(gòu)， 對(duì)各個(gè)串聯(lián)輸入側(cè)電容進(jìn)行分時(shí)獨(dú)立的降壓控制，在降壓差很高時(shí)，有較高的控制性能；降 低了電路的復(fù)雜性，克服了多級(jí)電源串聯(lián)可能導(dǎo)致的系統(tǒng)穩(wěn)定性的限制。
圖1為本發(fā)明提出的T型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。 圖2 (a)為可控開(kāi)關(guān)的MOSFET等效示例圖。 圖2 (b)為可控開(kāi)關(guān)的IGBT等效示例圖。 圖3為T(mén)型降壓變換器的變化結(jié)構(gòu)示例一。 圖4為T(mén)型降壓變換器的變化結(jié)構(gòu)示例二。 圖5為T(mén)型降壓變換器的變化結(jié)構(gòu)示例三。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明-
圖1為T(mén)型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。通過(guò)開(kāi)關(guān)&,，、 &2,、……&tl、 S22、 S32、…… &2 (k為大于或等于1的正整數(shù)，下同)共2k-l個(gè)開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的橫軸； 通過(guò)電容C,、 C2……Ck串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的縱軸；開(kāi)關(guān)S^通過(guò)電感L與負(fù)載^的一端 相連，負(fù)載^的另一端與開(kāi)關(guān)&2的一端相連；輸入電源的高電位端與電容Ck的高電位端相 連，輸入電源的低電位端與電容q的低電位端相連；其中電容Cj與C(,+,) (i=l，2……k-l,下 同)之間的節(jié)點(diǎn)和開(kāi)關(guān)S^與S^+w的節(jié)點(diǎn)之間有單向從縱軸流向橫軸可控開(kāi)關(guān)支路，在電容 Cj與C(一的節(jié)點(diǎn)和開(kāi)關(guān)^+1)2與^+2)2之間的節(jié)點(diǎn)之間有單向支路。
開(kāi)關(guān)&,、 SDW、 SDi2、 Ck、 Sw構(gòu)成T型變換器的擴(kuò)展單元組，當(dāng)增加此元器件組，并
按上述的連接方式擴(kuò)展電路時(shí)，可以增加變換器的級(jí)數(shù)。
縱軸上的電容C。 C2……Ck是輸入電容，串聯(lián)的電容支路電壓之和為輸入電源電壓，
分時(shí)對(duì)其進(jìn)行放電。
各個(gè)電容的放電過(guò)程可分為電容放電階段和電感續(xù)流的階段，以圖1中所示的電容C。 (n=l， 2……k)為例，其此過(guò)程中，開(kāi)關(guān)《n—DP S( +1)2……&2處于導(dǎo)通狀態(tài)，開(kāi)關(guān)5 2處于 斷開(kāi)狀態(tài)，通過(guò)開(kāi)關(guān)5^的開(kāi)關(guān)狀態(tài)切換進(jìn)行工作，詳細(xì)過(guò)程如下。
電容<: (" = 1，2..."的放電階段將開(kāi)關(guān)&,導(dǎo)通，此時(shí)電容C^、開(kāi)關(guān)5^ 、 S^+w…… S加、電感L、負(fù)載^、開(kāi)關(guān)&2……5( +1)2、 S^構(gòu)成環(huán)路，此時(shí)電容C"放電。 電容C"("-1，2…"的續(xù)流階段將開(kāi)關(guān)&,關(guān)斷，S^+w……S^、電感L、負(fù)載^、
開(kāi)關(guān)&2……S( +1)2、 S^、 S( —1)2、 S^構(gòu)成環(huán)路，此時(shí)是續(xù)流階段。若負(fù)載電流較小，續(xù)流
階段與充電階段之間可能有斷續(xù)階段，此時(shí)環(huán)路電流為零，電容向負(fù)載向電，此處不再詳述。 對(duì)于縱軸上的其他電容而言，電容Ck在放電階段時(shí)，若沒(méi)有電容Ck+,存在，則沒(méi)有開(kāi)關(guān)
5附+1)1，此時(shí)的回路是電容Cp開(kāi)關(guān)&,、電感L、負(fù)載足、開(kāi)關(guān)S脂；
圖2 (a)為可控開(kāi)關(guān)的MOSFET等效示例圖。圖2 (b)為可控開(kāi)關(guān)的IGBT等效示例圖。 拓?fù)渲械拈_(kāi)關(guān)可選多種可控開(kāi)關(guān)，僅給出兩種示例。
圖3為T(mén)型降壓變換器的變化結(jié)構(gòu)示例一。通過(guò)開(kāi)關(guān)&u、 SD21、……S皿(k為不小于
l的正整數(shù)，下同)共k個(gè)開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的橫軸；通過(guò)電容C,、 C2……Ck、
開(kāi)關(guān)S。共k+l個(gè)器件串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的縱軸；開(kāi)關(guān)S^,通過(guò)電感L與負(fù)載^的高電位
端相連，負(fù)載的低電位端與開(kāi)關(guān)512、 522的交點(diǎn)相連，開(kāi)頭&2……&2構(gòu)成橫軸的延長(zhǎng)線；
輸入電源的高電位端與電容Ck的高電位端相連，輸入電源的低電位端與電容C,的低電位端相
連；其中電容^與(^+1) (i=l，2……k-l)之間的節(jié)點(diǎn)和開(kāi)關(guān)S加與S^+w的節(jié)點(diǎn)之間有單向從
縱軸流向橫軸可控開(kāi)關(guān)支路，在電容q與電容C(i+1)的節(jié)點(diǎn)和開(kāi)關(guān)Si2與開(kāi)關(guān)S(i+I)2之間的節(jié)點(diǎn)
之間有單向開(kāi)關(guān)支路。
對(duì)于縱軸上的其他電容而言，上述工作過(guò)程分析有兩個(gè)特例需要排除
(1) 電容C,在放電階段時(shí)，因?yàn)闆](méi)有^12存在，此時(shí)的回路是電容C。開(kāi)關(guān)5 、 SD21……SDkl、負(fù)載L、負(fù)載^、開(kāi)關(guān)5|2;
(2) 電容q在續(xù)流階段時(shí)，因?yàn)闆](méi)有開(kāi)關(guān)S^^存在，此時(shí)的回路是開(kāi)關(guān)S。u、 SD21…… SDkl、負(fù)載L、負(fù)載i^、開(kāi)關(guān)512。
圖4為T(mén)型降壓變換器的變化結(jié)構(gòu)示例一。圖3是將圖1中的開(kāi)關(guān)&2、 S^對(duì)換位置得
到的等效電路，在此情況下，各個(gè)電容電流回流的單向支路方向不變。
圖5為T(mén)型降壓變換器的變化結(jié)構(gòu)示例二。不改變單向支路性質(zhì)情況下，開(kāi)關(guān)522……Sfc2
的電流流入端子同時(shí)接至負(fù)載的低電位端，與對(duì)應(yīng)的二極管構(gòu)成各個(gè)電容的單向開(kāi)關(guān)支路。
權(quán)利要求
1.一種T型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于通過(guò)開(kāi)關(guān)(Sk2)……(S32)、(S22)、(SD11)、(SD21)、……(SDk1)共2k-1個(gè)開(kāi)關(guān)器件依次串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的橫軸；通過(guò)(C1)、(C2)……(Ck)串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的縱軸，k為大于或等于1的正整數(shù)；開(kāi)關(guān)(SDk1)通過(guò)電感(L)與負(fù)載(RL)的一端相連，負(fù)載(RL)的另一端與(Sk2)的一端相連；輸入電源的高電位端與電容(Ck)的高電位端相連，輸入電源的低電位端與電容(C1)的低電位端相連；其中電容(Ci)與(C(i+1))，i＝1，2……k-1，之間的節(jié)點(diǎn)和開(kāi)關(guān)(SDi1)與(SD(i+1)1)的節(jié)點(diǎn)之間有單向從縱軸流向橫軸可控開(kāi)關(guān)支路，在電容(Ci)與(C(i+1))的節(jié)點(diǎn)和開(kāi)關(guān)(S(i+1)2)與(S(i+2)2)之間的節(jié)點(diǎn)之間有單向支路；通過(guò)擴(kuò)展T型結(jié)構(gòu)的橫、縱軸以及單向整流支路、單向可控開(kāi)關(guān)支路，拓展變換器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的T型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于開(kāi)關(guān)(S )、 (S21)……(Stl )、 ( S22)(&2)選擇可控電力電子開(kāi)關(guān)IGBT或MOSFET。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的T型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于上述結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行 變換，在縱軸上增加開(kāi)關(guān)(S12)，與電容(C,)、 (C2)……(Ck)共k+l個(gè)器件串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的縱軸；通過(guò)開(kāi)關(guān)(Sflll)、 (SD21)、……(Sm)共k個(gè)開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的橫軸；開(kāi)關(guān)(S皿)通過(guò)電感(L)與負(fù)載(A)的一端相連，負(fù)載的另一端與開(kāi)頭(S12)、 (S22)的交點(diǎn)相連，開(kāi)關(guān)(S22)……(&2)構(gòu)成橫軸的延長(zhǎng)線；其中電容(Ci)與(C(i+1))之間的節(jié)點(diǎn)和開(kāi)關(guān)(SDil)與(S^+w)的節(jié)點(diǎn)之間有單向從縱軸流向橫軸可控開(kāi)關(guān)支路，在電容(Ci)與(C(i+1))的節(jié)點(diǎn)和開(kāi)關(guān)(S(i+1)2)與(S(i+2)2)之間的節(jié)點(diǎn)之間有單向支路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的T型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于開(kāi)關(guān)(SA1 )、( SDM )、(SD42)、電容(Ck)、開(kāi)關(guān)(&2)構(gòu)成T型變換器的擴(kuò)展單元組，當(dāng)增加此元器件組，并 按上述的連接方式擴(kuò)展電路時(shí)，可以增加變換器的級(jí)數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的T型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于開(kāi)關(guān)(S22)……(&2)與(sD22)……(SDt2)對(duì)應(yīng)構(gòu)成各個(gè)電容所需的單向開(kāi)關(guān)支路，在不改變單向支路性質(zhì)的 情況下，開(kāi)關(guān)5,2、 s^對(duì)換位置不影響電路的使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的T型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于在不改變單向支路性質(zhì)的情況下，開(kāi)關(guān)(S22)……(St2)的電流流入端子同時(shí)接至負(fù)載的低電位端，與對(duì)應(yīng) 的二極管構(gòu)成各個(gè)電容的單向開(kāi)關(guān)支路。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了T型降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于通過(guò)開(kāi)關(guān)(S<sub>k2</sub>……S<sub>32</sub>、S<sub>22</sub>、S<sub>D11</sub>、S<sub>D21</sub>、……S<sub>Dk1</sub>)，共2k-1個(gè)開(kāi)關(guān)器件依次串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的橫軸；通過(guò)電容(C<sub>1</sub>、C<sub>2</sub>……C<sub>k</sub>)串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的縱軸；開(kāi)關(guān)(S<sub>Dk1</sub>)通過(guò)電感L與負(fù)載(R<sub>L</sub>)的一端相連，負(fù)載(R<sub>L</sub>)的另一端與開(kāi)關(guān)(S<sub>k2</sub>)的一端相連；輸入電源的高電位端與電容(C<sub>k</sub>)的高電位端相連，輸入電源的低電位端與C<sub>1</sub>的低電位端相連；其中電容(C<sub>i</sub>)與(C<sub>(i+1)</sub>)，i＝1，2……k-1，下同，之間的節(jié)點(diǎn)和開(kāi)關(guān)(S<sub>Di1</sub>)與(S<sub>D(i+1)1</sub>)的節(jié)點(diǎn)之間有單向從縱軸流向橫軸可控開(kāi)關(guān)支路，在電容(C<sub>i</sub>)與(C<sub>(i+1)</sub>)的節(jié)點(diǎn)和開(kāi)關(guān)(S<sub>(i+1)2</sub>)與(S<sub>(i+2)2</sub>)之間的節(jié)點(diǎn)之間有單向支路，k為不小于1的正整數(shù)。通過(guò)擴(kuò)展T型結(jié)構(gòu)的橫、縱軸以及單向整流支路、單向可控開(kāi)關(guān)支路，拓展變換器。
文檔編號(hào)H02M3/04GK101355303SQ20081022228
公開(kāi)日2009年1月28日 申請(qǐng)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(jìn) 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)