專利名稱：一種多電平平衡電路的實現(xiàn)方法和多電平平衡電路的制作方法
一種多電平平衡電路的實現(xiàn)方法和多電平平衡電路本發(fā)明涉及多電平電路，尤其涉及一種多電平平衡電路的實現(xiàn)方法和多電平平衡電路。在中高壓電路中，多數(shù)常規(guī)電容、功率管等元器件或材料的耐壓值有限，無法直接承受中高壓電路的高壓，如直接用在中高壓電路中可靠性性極低，一些能夠直接承受這些高壓的特種器件和特種材料，價格高昂，成本極高。為了解決這一問題，業(yè)界大量使用了三電平和多級較低電平電壓串聯(lián)的方式，將高壓轉(zhuǎn)化為多級較低電壓，以便正常使用耐壓級別較低的器件與材料，降低功率管上的電壓、功耗等應(yīng)力，實現(xiàn)電路設(shè)計的可行性、提高可靠性、降低成本等目的。由于通過多低壓電壓電平串聯(lián)組成高壓電路，例如多低壓電容電壓串聯(lián)，組成高耐壓的電容組，則必須專門輔助電路，平衡每個低電平單元的電壓，防止任何一個低壓單元電壓失控，特別是防止局部低壓單元的電壓變高，超出該低壓單元的器件電壓承受，損壞低壓器件。業(yè)界有很多方式的多電平電壓平衡電路，例如使用串聯(lián)電阻分壓等電路，功耗大， 平衡能力弱，或者使用復(fù)雜多電平專用均衡電路，電路復(fù)雜可靠性低，成本較高，平衡所能提供的功率能力有限。而且這些電壓平衡電路，都難以適應(yīng)大動態(tài)的快速多電壓串聯(lián)的平衡。多電平專用均衡電路適應(yīng)的多電平電壓級數(shù)非常有限，一般局限三電平、四電平有限級數(shù)，更多級數(shù)多電平電路設(shè)計越來越復(fù)雜，可靠性繼續(xù)降低、成本急劇上升。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可靠性高，能夠適應(yīng)大動態(tài)快速平衡的多電平平衡電路的實現(xiàn)方法。本發(fā)明另一個要解決的技術(shù)問題是提供一種可靠性高，能夠適應(yīng)大動態(tài)快速平衡的多電平平衡電路。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種多電平平衡電路的實現(xiàn)方法，所述的多電平平衡電路采用變壓器原邊繞組輸入，復(fù)數(shù)個副邊繞組輸出，每個輔邊繞組的輸出整流后接相應(yīng)的平衡電容，輔邊繞組是正激輸出繞組，通過正激電路動態(tài)的電壓與能量補償，維持多電平電路的電壓平衡。一種多電平平衡電路的技術(shù)方案，包括輸入電路、變壓器和復(fù)數(shù)個平衡電壓輸出電路，所述的變壓器包括原邊繞組和復(fù)數(shù)個副邊繞組；所述的輸入電路的一端接輸入電源正極，另一端接輸入電源負極；所述的輸入電路包括開關(guān)管和與開關(guān)管連接的所述變壓器的原邊繞組；每個所述的平衡電壓輸出電路包括整流二極管、平衡電容和1個所述變壓器的副邊繞組，所述的副邊繞組與整流二極管串聯(lián)后接平衡電壓輸出電路的輸出端，所述平衡電容的兩端分別接平衡電壓輸出電路的兩個輸出端；所述的輔邊繞組是正激輸出繞組，輔邊繞組與變壓器原邊繞組的同名端接平衡電容的正極。以上所述的多電平平衡電路，所述的平衡電壓輸出電路包括限流電阻，所述的副邊繞組與整流二極管、限流電阻串聯(lián)后接平衡電壓輸出電路的輸出端。以上所述的多電平平衡電路，每個所述的平衡電壓輸出電路包括限流電感和續(xù)流二極管，所述限流電感的一端接整流二極管的陰極，限流電感的另一端接所述平衡電壓輸出電路的第一輸出端；續(xù)流二極管的陽極接副邊繞組的第二端，續(xù)流二極管的陰極接整流二極管的陰極。以上所述的多電平平衡電路，各平衡電壓輸出電路的平衡電容按極性依次串聯(lián)， 串聯(lián)形成的平衡電容串聯(lián)電路的正極端接輸入電源正極，平衡電容串聯(lián)電路的負極端接輸入電源負極。以上所述的多電平平衡電路，所述的開關(guān)管與所述變壓器的原邊繞組串接。以上所述的多電平平衡電路，包括第一諧振電容和第二諧振電容，所述的開關(guān)管包括第一開關(guān)管和第二開關(guān)管；第一開關(guān)管與第二開關(guān)管串聯(lián)后接輸入電源的正負極，第一諧振電容和第二諧振電容串聯(lián)后接輸入電源的正負極；變壓器原邊繞組的第一端接第一開關(guān)管和第二開關(guān)管之間的連接點，第二端接第一諧振電容和第二諧振電容之間的連接點ο以上所述的多電平平衡電路，所述的開關(guān)管為4個，4個開關(guān)管構(gòu)成全橋電路，全橋電路的輸入端接輸入電源的正負極，輸出端接變壓器的原邊繞組。以上所述的多電平平衡電路，包括反激電路，所述的反激電路包括反激輔助繞組和二極管，所述的反激輔助繞組通過變壓器鐵芯與變壓器原邊繞組耦合，反激輔助繞組的匝數(shù)等于變壓器原邊繞組的匝數(shù)，反激輔助繞組的第一端是變壓器原邊繞組正極端的同名端；反激輔助繞組的第二端接二極管的陽極，二極管的陰極接輸入電源正極，反激輔助繞組的第一端接輸入電源負極。本發(fā)明多電平平衡電路結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，較好地解決大電流、大動態(tài)、大功率時的多電平平衡，并可以解決任意電平的多電平平衡。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
圖1是本發(fā)明多電平平衡電路實施例1的電路原理圖。圖2是本發(fā)明多電平平衡電路實施例2的電路原理圖。圖3是本發(fā)明多電平平衡電路實施例3的電路原理圖。圖4是本發(fā)明多電平平衡電路實施例4的電路原理圖。圖5是本發(fā)明多電平平衡電路實施例5的電路原理圖。圖6是本發(fā)明多電平平衡電路實施例6的電路原理圖。在圖1所示的本發(fā)明多電平平衡電路實施例1中，包括輸入電路、變壓器和N個平衡電壓輸出電路。變壓器Tl包括原邊繞組NO和N個副邊繞組m-NN，輸入電路包括開關(guān)管Ql和變壓器Tl的原邊繞組N0，開關(guān)管Ql與變壓器Tl原邊繞組NO串聯(lián)后構(gòu)成的輸入電路一端接輸入電源正極，另一端接輸入電源負極。每個平衡電壓輸出電路包括1個整流二極管D (Dl-DN)、 1個平衡電容C(Cl-CN)和1個變壓器Tl的副邊繞組(Nl-NN)。副邊繞組與整流二極管D串聯(lián)，副邊繞組的第一端接整流二極管D的陽極，副邊繞組的第二端接平衡電壓輸出電路的第二輸出端，整流二極管D的陰極接平衡電壓輸出電路的第一輸出端，平衡電容C的兩端分別接平衡電壓輸出電路的兩個輸出端。輔邊繞組是正激輸出繞組，副邊繞組的第一端與變壓器Tl原邊繞組NO的正極端是同名端，所以本實施例的平衡電壓輸出電路是正激電路。N個平衡電壓輸出電路的平衡電容C(Cl-CN)按極性依次串聯(lián)，串聯(lián)形成的平衡電容C串聯(lián)電路的正極端接輸入電源正極，平衡電容C串聯(lián)電路的負極端接輸入電源負極。輸入電源的輸入電壓為U0，各平衡電壓輸出電路的輸出的平衡電壓分別是U1、 U2......UN。變壓器Tl原邊的匝數(shù)為N0，對應(yīng)多電平電壓的各副邊繞組匝數(shù)為分別為Ni、
N2......NN。原副邊的匝比N0/N1，等于或者稍微大于U0/U1，以此同樣規(guī)律類推原副邊的
匝比N0/N2，等于或者稍微大于U0/U2，......UN。如果是半橋的變壓器傳遞電路，副邊繞組
匝數(shù)相應(yīng)減少一半。當(dāng)該變壓器Tl能量與電壓傳遞電路工作時，各副邊輸出的電壓就會等于或者稍微小于所對應(yīng)連接的平衡電壓。如果某平衡支路的平衡電壓失調(diào)導(dǎo)致低于設(shè)計的平衡電壓，正激電路相應(yīng)的副邊繞組就提供給設(shè)計電壓(或稍微小一點)的平衡用電壓，以恢復(fù)正常電壓。如果某平衡支路的平衡電壓失調(diào)導(dǎo)致高于設(shè)計的平衡電壓，會導(dǎo)致其他支路平衡電壓低于設(shè)計電壓，正激電路相應(yīng)的對應(yīng)的其他路副邊繞組，就提供給對應(yīng)設(shè)計電壓(或稍微小一點)的平衡電壓，同時降低了失調(diào)導(dǎo)致高電壓平衡支路的電壓，恢復(fù)正常電壓。通過以上的動態(tài)電壓與能量的補償，可以始終維持多電平電路的電壓平衡。電平平衡電路平衡與補償電壓能力大小，可通過設(shè)計正激變壓器Tl輸出功率的大小來進行調(diào)離
iF. ο變壓器能量與電壓傳遞電路的拓撲，可以現(xiàn)有任何的隔離式拓撲以及相應(yīng)拓撲電路變形，例如使用正激電路，而正激電路又可以是現(xiàn)有技術(shù)范疇內(nèi)任何的變形正激電路，例如給最基本正激電路額外增加去磁繞制、鉗位電路、濾波電感、續(xù)流二極管、濾波電容等。電路拓撲可以是正激但不限于正激等繞組，可以是正激、全橋、半橋、推挽、移相全橋、LLC、LCC等任一種開關(guān)電源的基本拓撲、或正激、全橋、半橋、推挽、移相全橋、LLC、LCC 等電路的任一變形電路拓撲。變壓器的副邊繞組除了平衡電壓用繞組，可以有其他用途繞組。變壓器可以增加非平衡電壓之外的輔助額外繞組，構(gòu)成正激式、或者反激式電路， 為非平衡之路之外的其他電路提供電源，與非平衡之路之外的電源可以構(gòu)成閉環(huán)，也可構(gòu)成開環(huán)，視電氣設(shè)計而定。本發(fā)明的若干變形結(jié)構(gòu)如以下實施例所示。圖2所示的本發(fā)明多電平平衡電路實施例2與實施例1的區(qū)別在于，每個平衡電壓輸出電路包括1個限流電阻R(R-RN)，限流電阻R與副邊繞組、整流二極管D組成串聯(lián)電路。限流電阻R可以防止瞬間電流過大，燒毀二極管等相關(guān)器件。圖3所示的本發(fā)明多電平平衡電路實施例3的輸入電路包括反激電路，反激電路包括反激輔助繞組NOl和二極管DF，反激輔助繞組NOl通過變壓器Tl鐵芯與變壓器Tl原邊繞組NO耦合，反激輔助繞組NOl的匝數(shù)等于變壓器Tl原邊繞組NO的匝數(shù)，反激輔助繞組NOl的第一端是變壓器Tl原邊繞組NO正極端的同名端。反激輔助繞組NOl的第二端接二極管DF的陽極，二極管DF的陰極接輸入電源正極，反激輔助繞組NOl的第一端接輸入電源負極。圖4所示的本發(fā)明多電平平衡電路實施例4與實施例3的主要區(qū)別是，每個平衡電壓輸出電路有限流電感L(Ll-LN)、整流二極管D(Dl-DN)和續(xù)流二極管DX(DXl-DXN)。副邊繞組的第一端接整流二極管D的陽極，，整流二極管D的陰極通過限流電感L接平衡電壓輸出電路的第一輸出端；副邊繞組的第二端接續(xù)流二極管DX的陽極，續(xù)流二極管DX的陰極接整流二極管D的陰極。平衡電容C(Cl-CN)的兩端分別接平衡電壓輸出電路的兩個輸出端。限流電感L可以防止瞬間電流過大，燒毀二極管等相關(guān)器件。圖5所示的本發(fā)明多電平平衡電路實施例5的輸入電路為半橋拓樸結(jié)構(gòu)，包括第一諧振電容Cl、第一諧振電容C2，第一開關(guān)管Ql和第二開關(guān)管Q2 ；第一開關(guān)管Ql與第二開關(guān)管Q2串聯(lián)后接輸入電源的正負極，第一諧振電容Cl和第一諧振電容C2串聯(lián)后接輸入電源的正負極；變壓器原邊繞組NO的第一端接第一開關(guān)管Ql和第二開關(guān)管Q2之間的連接點，第二端接第一諧振電容Cl和第一諧振電容C2之間的連接點。圖6所示的本發(fā)明多電平平衡電路實施例6的輸入電路為半橋拓樸結(jié)構(gòu)，4個開關(guān)管Q1-Q4構(gòu)成全橋電路，全橋電路的輸入端接輸入電源的正負極，輸出端接變壓器的原邊繞組NO的兩端。本發(fā)明以上的實施例有以下優(yōu)點1、雙端正激的雙M0S，很容易實現(xiàn)高壓輸入的輔助電源。2、電路非常簡單，可以實現(xiàn)三電平甚至N電平的平衡。3、同時集成輔助電源。4、電平平衡的繞組，同時又實現(xiàn)了電平鉗位的功能。5、在上下電平平衡性很好正常情況下，正激電路傳遞的能量很小，對于平衡電路是一個開環(huán)的反饋回路，對于正常輸出的支路是閉環(huán)的電路，正常電壓輸出。
權(quán)利要求
1.一種多電平平衡電路的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述的多電平平衡電路采用變壓器原邊繞組輸入，復(fù)數(shù)個副邊繞組輸出，每個輔邊繞組的輸出整流后接相應(yīng)的平衡電容，輔邊繞組是正激輸出繞組，通過正激電路動態(tài)的電壓與能量補償，維持多電平電路的電壓平衡。
2.一種多電平平衡電路，其特征在于，包括輸入電路、變壓器和復(fù)數(shù)個平衡電壓輸出電路，所述的變壓器包括原邊繞組和復(fù)數(shù)個副邊繞組；所述輸入電路的一端接輸入電源正極， 另一端接輸入電源負極；所述的輸入電路包括開關(guān)管和與開關(guān)管連接的所述變壓器的原邊繞組；每個所述的平衡電壓輸出電路包括整流二極管、平衡電容和1個所述變壓器的副邊繞組，所述的副邊繞組與整流二極管串聯(lián)后接平衡電壓輸出電路的輸出端，所述平衡電容的兩端分別接平衡電壓輸出電路的兩個輸出端；所述的輔邊繞組是正激輸出繞組，輔邊繞組與變壓器原邊繞組的同名端接平衡電容的正極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多電平平衡電路，其特征在于，所述的平衡電壓輸出電路包括限流電阻，所述的副邊繞組與整流二極管、限流電阻串聯(lián)后接平衡電壓輸出電路的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多電平平衡電路，其特征在于，每個所述的平衡電壓輸出電路包括限流電感和續(xù)流二極管，所述限流電感的一端接整流二極管的陰極，限流電感的另一端接所述平衡電壓輸出電路的第一輸出端；續(xù)流二極管的陽極接副邊繞組的第二端，續(xù)流二極管的陰極接整流二極管的陰極。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多電平平衡電路，其特征在于，各平衡電壓輸出電路的平衡電容按極性依次串聯(lián)，串聯(lián)形成的平衡電容串聯(lián)電路的正極端接輸入電源正極，平衡電容串聯(lián)電路的負極端接輸入電源負極。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多電平平衡電路，其特征在于，所述的開關(guān)管與所述變壓器的原邊繞組串接。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多電平平衡電路，其特征在于，包括第一諧振電容和第二諧振電容，所述的開關(guān)管包括第一開關(guān)管和第二開關(guān)管；第一開關(guān)管與第二開關(guān)管串聯(lián)后接輸入電源的正負極，第一諧振電容和第二諧振電容串聯(lián)后接輸入電源的正負極；變壓器原邊繞組的第一端接第一開關(guān)管和第二開關(guān)管之間的連接點，第二端接第一諧振電容和第二諧振電容之間的連接點。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多電平平衡電路，其特征在于，所述的開關(guān)管為4個，4個開關(guān)管構(gòu)成全橋電路，全橋電路的輸入端接輸入電源的正負極，輸出端接變壓器的原邊繞組。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多電平平衡電路，其特征在于，包括反激電路，所述的反激電路包括反激輔助繞組和二極管，所述的反激輔助繞組通過變壓器鐵芯與變壓器原邊繞組耦合，反激輔助繞組的匝數(shù)等于變壓器原邊繞組的匝數(shù)，反激輔助繞組的第一端是變壓器原邊繞組正極端的同名端；反激輔助繞組的第二端接二極管的陽極，二極管的陰極接輸入電源正極，反激輔助繞組的第一端接輸入電源負極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多電平平衡電路的實現(xiàn)方法和多電平平衡電路。多電平平衡電路包括輸入電路、變壓器和復(fù)數(shù)個平衡電壓輸出電路，變壓器包括原邊繞組和復(fù)數(shù)個副邊繞組；輸入電路的一端接輸入電源正極，另一端接輸入電源負極；輸入電路包括開關(guān)管和與開關(guān)管連接的所述變壓器的原邊繞組；每個平衡電壓輸出電路包括整流二極管、平衡電容和1個變壓器的副邊繞組，副邊繞組與整流二極管串聯(lián)后接平衡電壓輸出電路的輸出端，平衡電容的兩端分別接平衡電壓輸出電路的兩個輸出端；輔邊繞組是正激輸出繞組，輔邊繞組與變壓器原邊繞組的同名端接平衡電容的正極。本發(fā)明是一種可靠性高，能夠適應(yīng)大動態(tài)快速平衡的多電平平衡電路。
文檔編號H02M3/335GK102447395SQ20111045404
公開日2012年5月9日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者吳坤 申請人:深圳麥格米特電氣股份有限公司