CN105207509A - 一种带吸收的L型四电平Boost电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带吸收的L型四电平Boost电路，包括：电容C₃、C₂、C₁，串联构成电路拓扑的纵轴，并与输出负载R_L并联，电路中设有开关管S₂₁、S₁₁和S₁₃，在S₂₁、S₁₁和S₁₃上分别设有反馈型吸收电路。本发明所述的带吸收的L型四电平Boost电路，在现有的L型多电平Boost电路的基础上，根据其较低电平时的工作原理与缺陷进行分析，设计并融合了吸收电路，实现高倍数的平稳电压输出，并解决开关管过电压尖峰过高等问题。

Description

一种带吸收的L型四电平Boost电路

技术领域

本发明涉及电气工程多电平变换器领域，具体说是一种带吸收的L型四电平Boost电路。

背景技术

随着近年来现代社会的飞速发展，电力电子技术已经广泛应用到了各个领域。在高压应用的相关领域中，多电平变换技术得到了广泛的研究，正逐渐成为相关应用领域的研究热点。

多电平变换器的关键技术之一是变换器拓扑。采用多电平技术的变换器可避免功率开关器件直接串联，具有输出电压高、谐波含量低、电压变化率小、功率开关器件电压应力小、开关频率低等优点，可应用于中压大功率交流调速、电力系统静止无功补偿等领域。但是，由于电平的增多，使得开关器件的数量也增加。兼之一些杂散参数的影响，使其中的开关器件在开通关断时会产生较高的电压电流尖峰。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种带吸收的L型四电平Boost电路，在现有的L型多电平Boost电路的基础上，根据其较低电平时的工作原理与缺陷进行分析，设计并融合了吸收电路，实现高倍数的平稳电压输出，并解决开关管过电压尖峰过高等问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种带吸收的L型四电平Boost电路，其特征在于，包括：

电容C₃、C₂、C₁，串联构成电路拓扑的纵轴，并与输出负载R_L并联，

二极管D₁、D₂，串联连接，D₂的负极与C₃和R_L的公共端相连，D₁的正极与开关管S₂₁的漏极相连，

二极管D₃、D₄，串联连接，D₃的负极与电源负端相连，D₄的正极与C₁和R_L的公共端相连，

电感L_A的一端与开关管S₂₁的漏极相连，另一端与电源正端相连，

开关管S₂₁的源极与开关管S₁₂的源极、开关管S₂₃的漏极、开关管S₁₁的漏极分别相连，

开关管S₁₂的漏极与电容C₃、C₂的公共端相连，

开关管S₁₁的源极与电容C₂、C₁的公共端相连，

开关管S₁₃的漏极与电容C₂、C₁的公共端相连，

开关管S₂₃的源极与D₃的负极相连，

开关管S₁₃的源极与D₄的负极相连，

在S₂₁、S₁₁和S₁₃上分别设有反馈型吸收电路。

在上述技术方案的基础上，S₂₁的反馈型吸收电路包括：

二极管D_s11，其正极与开关管S₂₁的漏极相连，其负极经电容C_s1与开关管S₂₁的源极相连，其负极还经二极管D_s12与二极管D₂的正极相连。

在上述技术方案的基础上，S₁₁的反馈型吸收电路包括：

二极管D_s21，其正极与开关管S₁₁的漏极相连，其负极经电容C_s2与开关管S₁₁的源极相连，其负极还经二极管D_s22与C₃、C₂的公共端相连。

在上述技术方案的基础上，S₁₃的反馈型吸收电路包括：

二极管D_s31，其负极与开关管S₁₃的源极相连，其正极经电容C_s3与开关管S₁₃的漏极相连，其正极还经二极管D_s32与二极管D₄的正极相连。

在上述技术方案的基础上，C_s1、C_s2、C_s3的容值很小，远小于输出电容C₁、C₂、C₃。

在上述技术方案的基础上，D_s12、D_s11、D_s22、D_s21、D_s32、D_s31为连接吸收用电容，流经电流较小，所选容量很小。

在上述技术方案的基础上，开关管S₁₁、S₁₂、S₁₃、S₂₁、S₂₃均为MOSFET。

在上述技术方案的基础上，当频率要求不高，电流要求较大时，开关管S₁₁、S₁₂、S₁₃、S₂₁、S₂₃均为IGBT。

本发明所述的带吸收的L型四电平Boost电路，在现有的L型多电平Boost电路的基础上，根据其较低电平时的工作原理与缺陷进行分析，设计并融合了吸收电路，实现高倍数的平稳电压输出，并解决开关管过电压尖峰过高等问题。

本发明所述的带吸收的L型四电平Boost电路，实现了高倍率的电压输出，且不使用变压器，功率损耗更小。并通过加入吸收电路，降低了开关管S₁₁，S₁₃，S₂₁上的尖峰电压，并将部分能量回馈给输出电容，从而又减小了输出的功率损耗。使得开关器件更加安全，也降低了对开关管电压裕量的要求。

附图说明

本发明有如下附图：

图1本发明的结构图；

图2电路工作原理图1；

图3电路工作原理图2；

图4电路工作原理图3；

图5电路工作原理图4；

图6电路工作原理图5；

图7电路工作原理图6。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明所述的带吸收的L型四电平Boost电路，包括：

电容C₃、C₂、C₁，串联构成电路拓扑的纵轴，并与输出负载R_L并联，

二极管D₁、D₂，串联连接，D₂的负极与C₃和R_L的公共端相连，D₁的正极与开关管S₂₁的漏极相连，

二极管D₃、D₄，串联连接，D₃的负极与电源负端相连，D₄的正极与C₁和R_L的公共端相连，

电感L_A的一端与开关管S₂₁的漏极相连，另一端与电源正端相连，

开关管S₂₁的源极与开关管S₁₂的源极、开关管S₂₃的漏极、开关管S₁₁的漏极分别相连，

开关管S₁₂的漏极与电容C₃、C₂的公共端相连，

开关管S₁₁的源极与电容C₂、C₁的公共端相连，

开关管S₁₃的漏极与电容C₂、C₁的公共端相连，

开关管S₂₃的源极与D₃的负极相连，

开关管S₁₃的源极与D₄的负极相连，

在S₂₁、S₁₁和S₁₃上分别设有反馈型吸收电路。

在上述技术方案的基础上，S₂₁的反馈型吸收电路包括：

二极管D_s11，其正极与开关管S₂₁的漏极相连，其负极经电容C_s1与开关管S₂₁的源极相连，其负极还经二极管D_s12与二极管D₂的正极相连。

在上述技术方案的基础上，S₁₁的反馈型吸收电路包括：

二极管D_s21，其正极与开关管S₁₁的漏极相连，其负极经电容C_s2与开关管S₁₁的源极相连，其负极还经二极管D_s22与C₃、C₂的公共端相连。

在上述技术方案的基础上，S₁₃的反馈型吸收电路包括：

二极管D_s31，其负极与开关管S₁₃的源极相连，其正极经电容C_s3与开关管S₁₃的漏极相连，其正极还经二极管D_s32与二极管D₄的正极相连。

在上述技术方案的基础上，C_s1、C_s2、C_s3的容值很小，远小于输出电容C₁、C₂、C₃。

在上述技术方案的基础上，D_s12、D_s11、D_s22、D_s21、D_s32、D_s31为连接吸收用电容，流经电流较小，所选容量很小。

在上述技术方案的基础上，开关管S₁₁、S₁₂、S₁₃、S₂₁、S₂₃均为MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor金属-氧化物半导体场效应晶体管)。

在上述技术方案的基础上，当频率要求不高，电流要求较大时，开关管S₁₁、S₁₂、S₁₃、S₂₁、S₂₃均为IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor绝缘栅双极型晶体管)。

如图2～7所示，电路工作原理如下：

1、开关管S₂₃，S₂₁，S₁₂保持开通，其余关断。输入电源V通过MOSFET开关管S₂₃，S₂₁向电感L_A充电。输出端由电容C₃、C₂、C₁串联独立给负载供电。C_s1通过D_s12和S₁₂将吸收的能量部分反馈给C₃。如图2所示。

2、开关管S₁₁闭合，开关管S₁₃，S₁₂关断。输入电源V和电感L_A通过MOSFET开关管S₁₁、S₂₁、二极管D₃、二极管D₄和D_s32、D_s31并联线路向C₁充电，同时输入电源V和电感L_A通过S₁₁、S₂₁、二极管D₃、D_s31向C_s3充电。C_s3电容很小，用于吸收S₁₃关断时产生的电压尖峰。输出端由电容C₃、C₂、C₁串联给负载供电。如图3所示。

3、开关管S₂₃闭合，S₁₁关断。输入电源V通过MOSFET开关管S₂₁、S₂₃给电感L_A充电，输出端由电容C₃、C₂、C₁串联独立给负载供电。C_s3通过D_s32将吸收的能量部分反馈给C₁。如图4所示。

4、开关管S₁₃开通，然后S₂₃关断。输入电源V和电感L_A通过开关管S₂₁、S₁₃、二极管D₃、D_s21、D_s22和S₁₂的反并联二极管向C₂充电，同时输入电源V和电感L_A通过开关管S₂₁、S₁₃、二极管D₃、D_s21给C_s2充电。C_s2电容很小，用于吸收S₂₃关断时产生的电压尖峰。输出端由电容C₃、C₂、C₁串联给负载供电。如图5所示。

5、开关管S₂₃开通，然后S₁₃关断。输入电源V通过MOSFET开关管S₂₁、S₂₃给电感L_A充电，输出端由电容C₃、C₂、C₁串联独立给负载供电。C_s2通过D_s22将吸收的能量部分反馈给C₂。如图6所示。

6、开关管S₁₂开通，S₂₁关断。输入电源V和电感L_A通过开关管S₁₂、S₂₃、二极管D₁、D₂、D_s12、D_s11向C₃充电，同时输入电源V和电感L_A通过开关管S₂₃、二极管D_s11给C_s1充电。C_s1电容很小，用于吸收S₂₁关断时产生的电压尖峰。输出端由电容C₃、C₂、C₁串联给负载供电。如图7所示。

7、开关管S₂₁开通。输入电源V通过MOSFET开关管S₂₃，S₂₁向电感L_A充电。输出端由电容C₃、C₂、C₁串联独立给负载供电。C_s1通过D_s12和S₁₂将吸收的能量部分反馈给C₃。与1相同，形成循环。如图2所示。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种带吸收的L型四电平Boost电路，其特征在于，包括：

电容C₃、C₂、C₁，串联构成电路拓扑的纵轴，并与输出负载R_L并联，

二极管D₁、D₂，串联连接，D₂的负极与C₃和R_L的公共端相连，D₁的正极与开关管S₂₁的漏极相连，

二极管D₃、D₄，串联连接，D₃的负极与电源负端相连，D₄的正极与C₁和R_L的公共端相连，

电感L_A的一端与开关管S₂₁的漏极相连，另一端与电源正端相连，

开关管S₂₁的源极与开关管S₁₂的源极、开关管S₂₃的漏极、开关管S₁₁的漏极分别相连，

开关管S₁₂的漏极与电容C₃、C₂的公共端相连，

开关管S₁₁的源极与电容C₂、C₁的公共端相连，

开关管S₁₃的漏极与电容C₂、C₁的公共端相连，

开关管S₂₃的源极与D₃的负极相连，

开关管S₁₃的源极与D₄的负极相连，

在S₂₁、S₁₁和S₁₃上分别设有反馈型吸收电路。

2.如权利要求1所述的带吸收的L型四电平Boost电路，其特征在于：S₂₁的反馈型吸收电路包括：

二极管D_s11，其正极与开关管S₂₁的漏极相连，其负极经电容C_s1与开关管S₂₁的源极相连，其负极还经二极管D_s12与二极管D₂的正极相连。

3.如权利要求2所述的带吸收的L型四电平Boost电路，其特征在于：S₁₁的反馈型吸收电路包括：

二极管D_s21，其正极与开关管S₁₁的漏极相连，其负极经电容C_s2与开关管S₁₁的源极相连，其负极还经二极管D_s22与C₃、C₂的公共端相连。

4.如权利要求3所述的带吸收的L型四电平Boost电路，其特征在于：S₁₃的反馈型吸收电路包括：

二极管D_s31，其负极与开关管S₁₃的源极相连，其正极经电容C_s3与开关管S₁₃的漏极相连，其正极还经二极管D_s32与二极管D₄的正极相连。

5.如权利要求1所述的带吸收的L型四电平Boost电路，其特征在于：C_s1、C_s2、C_s3的容值很小，远小于输出电容C₁、C₂、C₃。

6.如权利要求4所述的带吸收的L型四电平Boost电路，其特征在于：D_s12、D_s11、D_s22、D_s21、D_s32、D_s31为连接吸收用电容，流经电流较小，所选容量很小。

7.如权利要求1所述的带吸收的L型四电平Boost电路，其特征在于：开关管S₁₁、S₁₂、S₁₃、S₂₁、S₂₃均为MOSFET。

8.如权利要求1所述的带吸收的L型四电平Boost电路，其特征在于：当频率要求不高，电流要求较大时，开关管S₁₁、S₁₂、S₁₃、S₂₁、S₂₃均为IGBT。