CN101355301A - L型升压变换器的拓扑结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了L型升压变换器的拓扑结构，其特征在于：通过可控开关(S₁₁、S₂₁……S_k1)共k个器件串联构成L型变换器的横轴；通过电容(C₁、C₂……C_k)共k个电容串联构成L型变换器的纵轴；可控开关(S_k1)的一端经电感(L_A)与电源正极相连，电源的负极与横轴各个节点之间均有由可控开关(S₁₃、S₂₃……S_k3)构成的支路；电容(C_i)与(C_(i+1))(i＝1，2……k－1，下同)之间的节点和横轴上可控开关(S_i1)与(S_(i+1)1)的节点之间是由可控开关(S₁₂、S₂₂……S_k2)构成的支路，电容(C_k)的一端通过二极管与可控开关(S_k1)和电感(L_A)的节点相连，且二极管的阴极端接电容(C_k)；k为正整数，且k≥1；通过扩展T型结构的横、纵轴以及开关支路，拓展变换器。

Description

L型升压变换器的拓扑结构

技术领域

本发明涉及一种升压变换器的电路拓扑结构，特别涉及一种采用单电感的DC-DC型升压变换器的拓扑结构。

背景技术

在传统的DC-DC升压电路中，当升压倍数比较高时，常采用变压器结构的变换器，或多级升压的结构。由于升压倍数较高，控制精度难以得到保证，同时系统串联结构导致了系统可靠性低及稳定性等不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决升压倍数较高时的控制精度，提出了一种采用多个输出电容串联，并对各个输出级联电容分别进行升压控制的拓扑结构，实现高性能的升压变换。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种L型升压变换器的拓扑结构，通过k个开关器件串联构成L型变换器的横轴；通过k个电容串联构成L型变换器的纵轴；横轴最左端的开关通过电感与直流输入电源的高电位端相连，直流输入电源的低电位端与横轴各个节点由开关支路相连；横轴相邻两个可控开关间的节点和纵轴上相邻两个电容间的节点，由单向开关支路连接；通过扩展L型结构的横、纵轴以及单向整流支路、单向可控开关支路，能拓展变换器，k为大于或等于1的正整数。

本发明的有益效果：

与传统的DC-DC升压变换器相比较，本发明所公开的L型升压变换器采用单电感的结构，对各个串联输出侧的电容进行独立充电，在较高升压倍数的情况下，有较高的控制精度；同时，也克服了多级串联系统的稳定性及可靠性不足等问题。

附图说明

图1为本发明提出的L型升压变换器的拓扑结构图。

图2(a)为可控开关的MOSFET等效示例图。

图2(b)为可控开关的IGBT等效示例图。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步说明：

图1为L型升压变换器的拓扑结构图。通过可控开关S₁₁、S₂₁……S_k1共k个器件串联构成L型变换器的横轴；通过电容C₁、C₂……C_k共k个电容串联构成L型变换器的纵轴；开关S_k1的一端经电感L_A与电源正极相连，电源的负极与横轴各个节点之间均有由可控开关S₁₃、S₂₃……S_k3构成的支路；电容C_i与C_(i+1)(i＝1，2……k-1，下同)之间的节点和横轴上开关S_i1与S_(i+1)1的节点之间是由可控开关S₁₂、S₂₂……S_k2构成的支路，电容C_k的一端通过二极管与S_k1和电感L_A的节点相连，且二极管的阴极端接电容C_k；k为正整数，且k≥1；通过扩展L型结构的横、纵轴以及开关支路，可以拓展变换器。负载R_L表示系统的负载，有多种构成形式及性质。

可控开关S_k1、S_k2、S_k3、电容C_k构成L型升压变换器的扩展单元组，按上述的连接方式扩展电路时，将增加变换器的级数。

纵轴上的电容C₁、C₂……C_k是输出电容，电容支路采用串联式同时放电方式，独立分时充电方式。放电状态与传统的升压变换器一样，在此不做赘述，以下对各个电源的分时充电进行简述描述。

各个电容的充电过程可分为电感储能的阶段、电感向电容进行能量转移的阶段，以图1中所示的电容C_n(n＝1，2……k)为例，其储能及能量转移过程中，开关S_j1(j＜n)处于断开状态，开关S_j1(j＞n)、S_(n-1)2、S_n3处于开通状态，通过S_n1的开关状态切换进行工作，详细过程如下。

电感储能阶段：当可控开关S_n1导通时，使得可控开关S_k1、S_(k-1)1……S_n1、S_n2处于导通状态，此时，电源V、电感L_A、可控开关S_k1、S_(k-1)1……S_n1、S_n2、S_n3构成回路，直流输入电源对电感进行储能，电感上的电流不断增加。

能量向电容转移阶段：可控开关S_n1状态切换成截止，此时电源V、电感L_A、可控开关S_n1的反联联二极管、电容C_n、可控开关S_(n-1)2、S_n3构成回路，此时直流输入电源及电感的能量向电容C_n转移。

图2(a)为可控开关的MOSFET等效示例图。图2(b)为可控开关的IGBT等效示例图。拓扑中的开关能选多种可控开关或开关拓扑结构，此处仅给出两种示例。

Claims (3)

1.一种L型升压变换器的拓扑结构，其特征在于：通过可控开关(S₁₁、S₂₁……S_k1)共k个器件串联构成L型变换器的横轴；通过电容(C₁、C₂……C_k)共k个电容串联构成L型变换器的纵轴；可控开关(S_k1)的一端经电感(L_A)与电源正极相连，电源的负极与横轴各个节点之间均有由可控开关(S₁₃、S₂₃……S_k3)构成的支路；电容(C_i)与(C_(i+1))，i＝1，2……k-1，之间的节点和横轴上可控开关(S_i1)与(S_(i+1)1)的节点之间是由可控开关(S₁₂、S₂₂……S_k2)构成的支路，电容(C_k)的一端通过二极管与可控开关(S_k1)和电感(L_A)的节点相连，且二极管的阴极端接电容(C_k)；k为正整数，且k≥1；通过扩展T型结构的横、纵轴以及开关支路，拓展变换器。

2.根据权利要求1所述的L型升压变换器的拓扑结构，其特征在于：可控开关(S_k1)、(S_k2)、(S_k3)、电容(C_k)构成L型升压变换器的扩展单元组，按上述的连接方式扩展电路时，将增加变换器的级数。

3.根据权利要求1所述的L型升压变换器的拓扑结构，其特征在于：可控开关的选择包括IGBT，MOSFET电力电子器件。

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