專利名稱：T型升壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種升壓變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，特別涉及一種采用單電感的DC-DC型升壓 變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的DC-DC升壓電路中，當(dāng)升壓倍數(shù)比較高時(shí)，常采用變壓器結(jié)構(gòu)的變換器，或多 級(jí)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(shí)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(shí)的控制精度，提出了一種采用多個(gè) 輸出電容串聯(lián)，并對(duì)各個(gè)輸出級(jí)聯(lián)電容分別進(jìn)行升壓控制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高性能的升壓變 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型升壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過2k個(gè)開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成T型變換器的橫軸；通過 k個(gè)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(gè)可控開關(guān)間的節(jié)
點(diǎn)和相鄰兩個(gè)電容間的節(jié)點(diǎn)，由單向從橫軸流向縱軸整流支路連接，在鄰兩個(gè)電容間的節(jié)點(diǎn)
和相鄰兩個(gè)不控整流開關(guān)間的節(jié)點(diǎn)之間的節(jié)點(diǎn)之間有從縱軸流向橫軸的單向可控開關(guān)支路； 通過擴(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(kuò)展單元器件組，并按上述的連接方式能擴(kuò)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(duì)各個(gè)串聯(lián)輸出側(cè)的電容進(jìn)行獨(dú)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(shí)，也克服了多級(jí)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?fù)浣Y(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(shí)施例方式
結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明-
圖1為T型升壓變換器的拓?fù)浣Y(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(gè)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(gè)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(diǎn)和電容C,與C(i+D的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)和開關(guān)S^與Sw+w之間的節(jié)點(diǎn)之間有從縱軸流向橫軸的單向可控開
關(guān)支路。通過擴(kuò)展T型結(jié)構(gòu)的橫、縱軸以及單向整流支路、單向可控開關(guān)支路，可以拓展變 換器。負(fù)載I^表示系統(tǒng)的負(fù)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(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tr出電容，電容支路采用串聯(lián)式同時(shí)放電方式，獨(dú)立分
時(shí)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(duì)各個(gè)電源的分時(shí)充 電進(jìn)行簡述描述。
各個(gè)電容的充電過程可分為電感儲(chǔ)能的階段和電感向電容進(jìn)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(chǔ)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(jìn)行工作，詳細(xì)過程如下。
電容C"0-1,2…"的電感儲(chǔ)能階段當(dāng)開關(guān)&,導(dǎo)通時(shí)，使得開關(guān)5^12、 Sfl22……SD(t_1)2
受正向偏壓進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)，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(duì)電感進(jìn)行儲(chǔ)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(shí)，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(shí)直流輸入電源及電感的
能量向電容C。轉(zhuǎn)移。對(duì)于縱軸上的其他電容而言，上述工作過程分析有兩個(gè)特例需要排除
(1) 電容C,在充電時(shí)，因?yàn)闆]有開關(guān)512存在，此時(shí)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(shí)，因?yàn)闆]有開關(guān)5^2存在，此時(shí)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?fù)?中的開關(guān)能選多種可控開關(guān)或開關(guān)拓?fù)浣Y(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?fù)浣Y(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(gè)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(gè)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(diǎn)和電容(Ci)與(C(i+1))的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)和開關(guān)(SDi2)與(SD(i+1)2)之間的節(jié)點(diǎn)之間有從縱軸流向橫軸的單向可控開關(guān)支路；通過擴(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?fù)浣Y(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(kuò)展單元組，當(dāng)增加該元器件組，并按上述的連接方式擴(kuò)展電路時(shí)，增加變換器的級(jí)數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的T型升壓變換器的拓?fù)浣Y(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?fù)浣Y(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(gè)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(gè)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(diǎn)和電容(C<sub>i</sub>)、(C<sub>(i+1)</sub>)的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)和開關(guān)(S<sub>Di2</sub>)、(S<sub>D(i+1)2</sub>)之間的節(jié)點(diǎn)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(kuò)展T型結(jié)構(gòu)的橫、縱軸以及單向整流支路、單向可控開關(guān)支路，可以拓展變換器。
文檔編號(hào)H02M3/07GK101453162SQ20081022228
公開日2009年6月10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)