CN104079146A

CN104079146A - 一种电力电子设备提升开关频率的装置

Info

Publication number: CN104079146A
Application number: CN201410334281.4A
Authority: CN
Inventors: 王军华; 马超群; 邓小刚
Original assignee: XI'AN SIERGY ELECTRICAL Co Ltd
Current assignee: XI'AN SIERGY ELECTRICAL Co Ltd
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2014-10-01

Abstract

本发明公开了一种电力电子设备提升开关频率的装置，包括：一个输入电容（C1），一个电感（L），一个二极管（D）和一个输出电容（C2）；电感（L）一端连接输入电容（C1）的一端，一端连接二极管（D）的一端；二极管的另一端连接输出电容（C2）的一端，输出电容（C2）的另一端又连接至输入电容（C1）的另一端；所述Cin输入电容和电感（L）之上并联一个或者多个IGBT开关管。本发明采取了上述方案以后，可以有效的提高系统的等效工作频率，降低系统电磁元器件体积、成本及损耗，提高整机功率密度及效率。

Description

一种电力电子设备提升开关频率的装置

技术领域

本发明属于一种电力电子设备提升开关频率的装置本发明涉及电力电子领域，具体涉及用于电力电子设备提升系统开关频率。

背景技术

在大功率电力电子设备半导体开关器件应用中，由于目前IGBT、IGCT等半导体器件自身开关频率限制，系统最高开关频率只能达到最高几十KHz左右；而系统变压器、电抗器等电磁元器件体积、效率等参数主要受系统开关频率的制约。随着大功率电力电子设备的功率逐渐增加，在系统开关频率不变的情况下，系统变压器、电抗器的体积也随之增大，这将大大增加电力电子设备的体积及损耗，降低系统效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电力电子设备提升开关频率的装置，用以提升电力电子设备提升系统开关频率。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种电力电子设备提升开关频率的装置，包括：一个输入电容（C1），一个电感（L），一个二极管（D）和一个输出电容（C2）；

电感（L）一端连接输入电容（C1）的一端，一端连接二极管（D）的一端；

二极管的另一端连接输出电容（C2）的一端，输出电容（C2）的另一端又连接至输入电容（C1）的另一端；所述Cin输入电容和电感（L）之上并联一个或者多个IGBT 开关管。

进一步地，优选的是，所述输入电容（C1）和电感（L）之上并联一个IGBT 开关管，所述IGBT 开关管的一端与电感（L）和二极管（D）连接处相连接；另一端与输入电容和输出电容的连接处相连接。

进一步地，优选的是，所述输入电容（C1）和电感（L）之上并联二个IGBT 开关管，分别为第一IGBT 开关管（K1）和第二IGBT 开关管（K2）。

进一步地，优选的是，所述第一IGBT 开关管（K1）和第二IGBT 开关管（K2）交错导通，其相位相差180度。

进一步地，优选的是，所述输入电容（C1）和电感（L）之上并联三个IGBT 开关管，分别为第一IGBT 开关管（K1）和第二IGBT 开关管（K2）、第三IGBT 开关管（K3），所述第一IGBT 开关管（K1）和第二IGBT 开关管（K2）、第三IGBT 开关管（K3）交错导通，其相位相差120度。

进一步地，优选的是，所述输入电容（C1）和电感（L）之上并联三个IGBT 开关管，分别为第一IGBT 开关管（K1）和第二IGBT 开关管（K2）、第三IGBT 开关管（K3）、第四IGBT 开关管（K4），所述第一IGBT 开关管（K1）和第二IGBT 开关管（K2）、第三IGBT 开关管（K3）、第四IGBT 开关管（K4）交错导通，其相位相差90度。

进一步地，优选的是，所述电感（L）和IGBT 开关管的工作频率相同。

本发明采取了上述方案以后，可以有效的提高系统的等效工作频率，降低系统电磁元器件体积、成本及损耗，提高整机功率密度及效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。其中，

图1是本发明电力电子设备提升开关频率的装置实施例的结构示意图；

图2是图1的波形图；

图3是本发明电力电子设备提升开关频率的装置的另一个实施例的结构示意图；

图4是图2的波形图；

图5是本发明图3中开关管的工作示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

具体来说，为了解决以上问题，本发明提出了一种电力电子设备提升开关频率的方法，其通过将低频率开关器件并联，并联开关管相互交替导通，通过这种方法提高开关器件的等效开关频率，进而提高系统变压器、电抗器等电磁器件工作频率，降低系统变压器、电抗器等电磁器件体积，提高效率。通过本方法的实施，可以有效的提高系统的等效工作频率，降低系统电磁元器件体积、成本及损耗，提高整机功率密度及效率。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种电力电子设备提升开关频率的装置，包括：一个输入电容C1，一个电感L，一个二极管D和一个输出电容C2；

电感L一端连接输入电容C1的一端，一端连接二极管D的一端；

二极管的另一端连接输出电容C2的一端，输出电容C2的另一端又连接至输入电容C1的另一端；所述Cin输入电容和电感L之上并联一个或者多个IGBT 开关管。

进一步地，优选的是，所述输入电容C1和电感L之上并联一个IGBT 开关管，所述IGBT 开关管的一端与电感L和二极管D连接处相连接；另一端与输入电容和输出电容的连接处相连接。

进一步地，优选的是，所述输入电容C1和电感L之上并联二个IGBT 开关管，分别为第一IGBT 开关管K1和第二IGBT 开关管K2。

进一步地，优选的是，所述第一IGBT 开关管K1和第二IGBT 开关管K2交错导通，其相位相差180度。

进一步地，优选的是，所述输入电容C1和电感L之上并联三个IGBT 开关管，分别为第一IGBT 开关管K1和第二IGBT 开关管K2、第三IGBT 开关管K3，所述第一IGBT 开关管K1和第二IGBT 开关管K2、第三IGBT 开关管K3交错导通，其相位相差120度。

进一步地，优选的是，所述输入电容C1和电感L之上并联三个IGBT 开关管，分别为第一IGBT 开关管K1和第二IGBT 开关管K2、第三IGBT 开关管K3、第四IGBT 开关管K4，所述第一IGBT 开关管K1和第二IGBT 开关管K2、第三IGBT 开关管K3、第四IGBT 开关管K4交错导通，其相位相差90度。

其中，述电力电子设备提升开关频率的方法，采用两个或以上开关器件并联组成。

所述电力电子设备提升开关频率的方法，并联的开关器件开关动作相互独立、交替导通；并联开关管交替导通时间及间隔时间不固定，可以为固定时间、也可以根据实际工作情况适时调整。

所述电力电子设备提升开关频率的方法，等效开关管可以应用于任何电力电子拓扑中，只需要将其它电力电子拓扑中的开关器件用两个或者多个开关器件并联代替，具体工作方式也与本发明相同。

图1、2为现有boost 拓扑结构，包含一个Cin输入电容，一个电感L,一个IGBT,一个二极管D和一个输出电容C2. K为IGBT的驱动频率波形，电感L的工作频率与IGBT K的频率完全相同，由于IGBT K的工作频率不能很高，导致电感的工作频率也比较小，从而使电感体积和重量很大。

图3、4为本专利的拓扑图。

相比较现有拓扑，本专利多了一个IGBT 开关管。两个IGBT 开关管K1，K2仍旧保持原来的工作频率，只是交错导通，K1与K2相位相差180度，对于电感L1来说其工作频率就等于K1/K2的2倍,从而达到了提升电感工作频率减少其体积与重量的目的。

更多推广的，我们可以多并联几个IGBT开关管K3，K4…,使他们的交错相位为120度，90度…,这样将会使电感的工作频率提升至IGBT 开关管的3倍，4…,将能更好的优化电感体积和重量。

其中，并联后等效的高频开关器件【3】应用拓扑包括但不限定于全桥、半桥、BUCK、BOOST等电力电子拓扑；全桥、半桥、BUCK、BOOST等电力电子拓扑在用到IGBT开关管的位置，可以由2个或者以上的开关管并联替换，同样可以起到提高等效开关频率，优化电感体积和重量的作用。

两个开关管并联开关器件的工作方式如图5【7】【8】所示，为两个开关管交替180度开通和关断，即开关管S1和开关管S2导通时刻可以任意设置，可以设置S2导通时刻为S1导通后延时任意角度，也可以理解为图3中t2时间可以任意设定。

并联开关器件导通时间t3【4】开关管S1开通到关断的时间差，t1【5】开关管S2开通到关断的时间差，包括但不限定于时间固定、时间变化、时间相等、时间不等等多种情况，即S1和S2导通的时间t1和t3可以相等，也可以t1大于t3或者t3大于 t1，还可以t1或者t3在每次开通关断时都不相同。

需要说明的是，对于上述方法实施例而言，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。

而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等上实施的计算机程序产品的形式。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电力电子设备提升开关频率的装置，包括：一个输入电容（C1），一个电感（L），一个二极管（D）和一个输出电容（C2）；电感（L）一端连接输入电容（C1）的一端，一端连接二极管（D）的一端；二极管的另一端连接输出电容（C2）的一端，输出电容（C2）的另一端又连接至输入电容（C1）的另一端；其特征在于，所述Cin输入电容和电感（L）之上并联一个或者多个IGBT 开关管。

2.根据权利要求1所述的电力电子设备提升开关频率的装置，其特征在于，所述输入电容（C1）和电感（L）之上并联一个IGBT 开关管，所述IGBT 开关管的一端与电感（L）和二极管（D）连接处相连接；另一端与输入电容和输出电容的连接处相连接。

3.根据权利要求1所述的电力电子设备提升开关频率的装置，其特征在于，所述输入电容（C1）和电感（L）之上并联二个IGBT 开关管，分别为第一IGBT 开关管（K1）和第二IGBT 开关管（K2）。

4.根据权利要求3所述的电力电子设备提升开关频率的装置，其特征在于，所述第一IGBT 开关管（K1）和第二IGBT 开关管（K2）交错导通，其相位相差180度。

5.根据权利要求3所述的电力电子设备提升开关频率的装置，其特征在于，所述输入电容（C1）和电感（L）之上并联三个IGBT 开关管，分别为第一IGBT 开关管（K1）和第二IGBT 开关管（K2）、第三IGBT 开关管（K3），所述第一IGBT 开关管（K1）和第二IGBT 开关管（K2）、第三IGBT 开关管（K3）交错导通，其相位相差120度。

6.根据权利要求3所述的电力电子设备提升开关频率的装置，其特征在于，所述输入电容（C1）和电感（L）之上并联三个IGBT 开关管，分别为第一IGBT 开关管（K1）和第二IGBT 开关管（K2）、第三IGBT 开关管（K3）、第四IGBT 开关管（K4），所述第一IGBT 开关管（K1）和第二IGBT 开关管（K2）、第三IGBT 开关管（K3）、第四IGBT 开关管（K4）交错导通，其相位相差90度。

7.根据权利要求3所述的电力电子设备提升开关频率的装置，其特征在于，所述电感（L）和IGBT 开关管的工作频率相同。

8.根据权利要求3所述的电力电子设备提升开关频率的装置，其特征在于，所述并联的两个IGBT开关管开关动作相互独立，且每个开关管的导通时间及开关周期任意设定。