CN101355302A - L型降压变换器的拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了L型降压变换器的拓扑结构，其特征在于：通过开关(SD11、SD21……SDk1)，共k个开关器件串联构成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，k为大于或等于1的正整数；开关(SDk1)通过电感(LA)与负载一端相连，负载的另外一端与横轴各个节点间各有一个从负载端流向横轴的单向可控支路；横轴上开关(SDk1、SD(k－1)1)间的节点与纵轴上电容(C(k－1)、Ck)间的节点有从纵轴流向横轴的单向开关；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，可以拓展变换器。

Description

L型降压变换器的拓扑结构
技术领域
本发明涉及一种降压变换器的电路拓扑结构，特别涉及一种DC-DC型降压变换器的拓扑结构。
背景技术
在传统的DC-DC降压电路中，输入电压与输出电压差别很大时，常采用变压器结构的变换器，或是多级降压的结构，此时控制精度难以得到保证，同时多级串联的方式带来了结构复杂性及系统系统性的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：解决输入电压与输出电压差值较高时的控制精度以及系统串联的复杂性、稳定性上的不足，提出了一种采用多个输出电容串联，并对各个输入级联电容分别进行降压控制的拓扑结构，实现高性能变换。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种L型降压变换器的拓扑结构，构成该拓扑结构的器件之间的连接为：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；横轴的最后一个开关通过电感与负载一端相连，负载的另外一端与横轴各个节点间各有一个从负载端流向横轴的单向可控支路；横轴上相邻两个开关间的节点与对应的纵轴上两个电容间的节点，由从纵轴流向横轴的单向开关连接，k为大于或等于1的正整数；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，拓展变换器。第k级的开关及第k级电容构成扩展单元组，按上述的连接方式扩展电路时，增加变换器的级数。
本发明的有益效果：
与传统的DC-DC降压变换器相比较，本发明所公开的L型降压变换器采用单电感的结构，对各个串联的输入侧电容进行分时独立放电，输入电压与输出电压的压差很大的情况下，有较高的控制精度，并克服了系统串联引入的可靠性及系统稳定性等方面的问题。
附图说明
图1为本发明提出的L型降压变换器的拓扑结构图。
图2(a)为MOSFET等效可控开关的示例图。
图2(b)为IGBT等效可控开关的示例图。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明：
图1为L型降压变换器的拓扑结构图。通过开关SD11、SD21……SDk1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SDk1通过电感LA与负载RL一端相连，负载的另外一端与横轴各个节点间各有一个从负载端流向横轴的单向可控支路；横轴上开关SDk1、SD(k-1)1间的节点与纵轴上电容C(k-1)、Ck间的节点有从纵轴流向横轴的单向开关，k为大于等于1的正整数。
开关Sk1、SDk1、SDk2、电容Ck、开关Sk2构成L型变换器的扩展单元组，按上述的连接方式扩展电路时，可以增加变换器的级数。
各个电容的充电过程可分为电感储能的阶段和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Sn2设置处于导通状态，开关Sj2(j≠n)处于断开状态，通过Sn1的开关状态切换对电容Cn进行放电控制，详细过程如下。
阶段1：当开关Sn1导通时，使得开关SD(n+1)1……SDk1受正向偏压进入导通状态，此时电容Cn、开关Sn1、SD(N+1)1……SDk1、电感LA、负载RL、开关Sn2、SDn2、S(n-1)1一起构成回路，电容向负载供电。
阶段2：当开关Sn1截止时，开关SD(n+1)1……SDk1、电感LA、负载RL、开关Sn2、SDn2、SDn1构成回路，此时形成续流回路。
对于纵轴上的其他电容而言，上述工作过程分析有如下特例需要排除：
(1)电容C1在放电时，因为没有开关SD12存在，此时的回路是电源V、开关S11、SD21……SDk1、电感LA、负载RL、开关S12；
(2)电容Ck在放电时，因为没有开关SD(k+1)2，此时的回路是电容Ck、电感LA、电容Ck、开关Sk2、SDk2、S(k-1)1构成回路。
图2(a)为MOSFET等效可控开关的示例图。图2(b)为IGBT等效可控开关的示例图。此类全控型可控器件均可以做为拓扑中的可控开关。

Claims (3)

1.一种L型降压变换器的拓扑结构，其特征在于：通过开关(SD11)、(SD21)……(SDk1)共k个开关器件串联构成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(SDk1)通过电感(LA)与负载(RL)一端相连，负载的另外一端与横轴各个节点间各有一个从负载端流向横轴的单向可控支路；横轴上开关(SDk1)、(SD(k-1)1)间的节点与纵轴上电容(C(k-1))、(Ck)间的节点有从纵轴流向横轴的单向开关，k为大于或等于1的正整数；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，拓展变换器。
2.根据权利要求1所述的L型降压变换器的拓扑结构，其特征在于：开关(Sk1)、(SDk1)、(SDk2)、(Sk2)、电容(Ck)构成L型变换器的扩展单元组，按上述的连接方式扩展电路时，增加变换器的级数。
3.根据权利要求1所述的L型降压变换器的拓扑结构，其特征在于：开关(S11)、(S21)……(Sk1)、(S12)……(Sk2)选择可控电力电子开关IGBT或MOSFET。
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