CN101355301A - L型升压变换器的拓扑结构 - Google Patents
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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……Sk1)共k个器件串联构成L型变换器的横轴;通过电容(C1、C2……Ck)共k个电容串联构成L型变换器的纵轴;可控开关(Sk1)的一端经电感(LA)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……Sk3)构成的支路;电容(Ci)与(C(i+1))(i=1,2……k-1,下同)之间的节点和横轴上可控开关(Si1)与(S(i+1)1)的节点之间是由可控开关(S12、S22……Sk2)构成的支路,电容(Ck)的一端通过二极管与可控开关(Sk1)和电感(LA)的节点相连,且二极管的阴极端接电容(Ck);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
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……Sk1共k个器件串联构成L型变换器的横轴;通过电容C1、C2……Ck共k个电容串联构成L型变换器的纵轴;开关Sk1的一端经电感LA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……Sk3构成的支路;电容Ci与C(i+1)(i=1,2……k-1,下同)之间的节点和横轴上开关Si1与S(i+1)1的节点之间是由可控开关S12、S22……Sk2构成的支路,电容Ck的一端通过二极管与Sk1和电感LA的节点相连,且二极管的阴极端接电容Ck;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RL表示系统的负载,有多种构成形式及性质。
可控开关Sk1、Sk2、Sk3、电容Ck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……Ck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Cn(n=1,2……k)为例,其储能及能量转移过程中,开关Sj1(j<n)处于断开状态,开关Sj1(j>n)、S(n-1)2、Sn3处于开通状态,通过Sn1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Sn1导通时,使得可控开关Sk1、S(k-1)1……Sn1、Sn2处于导通状态,此时,电源V、电感LA、可控开关Sk1、S(k-1)1……Sn1、Sn2、Sn3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Sn1状态切换成截止,此时电源V、电感LA、可控开关Sn1的反联联二极管、电容Cn、可控开关S(n-1)2、Sn3构成回路,此时直流输入电源及电感的能量向电容Cn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……Sk1)共k个器件串联构成L型变换器的横轴;通过电容(C1、C2……Ck)共k个电容串联构成L型变换器的纵轴;可控开关(Sk1)的一端经电感(LA)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……Sk3)构成的支路;电容(Ci)与(C(i+1)),i=1,2……k-1,之间的节点和横轴上可控开关(Si1)与(S(i+1)1)的节点之间是由可控开关(S12、S22……Sk2)构成的支路,电容(Ck)的一端通过二极管与可控开关(Sk1)和电感(LA)的节点相连,且二极管的阴极端接电容(Ck);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(Sk1)、(Sk2)、(Sk3)、电容(Ck)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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