CN105281566A - 一种空间用三电平直流斩波电路拓扑 - Google Patents

Abstract

一种空间用三电平直流斩波电路拓扑，由第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、储能电感(L1、L2)、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第三电子开关(K3)、第四电子开关(K4)和第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)组成。通过调节第一电子开关(K1)，第二电子开关(K2)，第三电子开关(K3)，以及第四电子开关(K4)的导通和关断，对第二电容(C2)和第三电容(C3)分别充放电控制，保证第二电容(C2)，第三电容(C3)电压平衡的同时实现了以三电平方式进行输入输出直直变换，降低了电子开关、中间悬浮电容的器件应力。

Description

一种空间用三电平直流斩波电路拓扑

技术领域

本发明涉及一种空间用三电平直流斩波电路拓扑及其控制方法，具体涉及一种空间用三电平直流斩波电路拓扑。

背景技术

随着世界能源供需矛盾和环境保护问题日益突出，国际上开展了广泛的空间太阳能电站技术的研究，目前已经提出了几十种概念方案，并且在无线能量传输等关键技术方面开展了重点研究。近年来，太阳能电池发电效率、微波转化效率以及相关的空间技术取得了很大进步，为未来空间太阳能电站的发展奠定了良好的基础。

随着太阳能电站在未来的进一步发展，其功率等级势必需要进一步提高，目前中国空间技术研究院已经提出在2030年建立功率20MW的空间电站。而空间电站的发射成本一直处于较高的水平，减小空间电站的质量可以很大的程度的减少发射成本。能量转化装置和传输线缆质量占据空间电站总质量很大一部分，减少其质量对减少空间电站成本起着关键作用。

直直变换器是空间电站能量转化装置的重要组成部分，随着功率等级的提升，其必然沿着中压方向发展，以降低线路传输质量并提升发电效率，然而较高的母线电压使得电子开关、储能装置的成本大幅度增长。引入三电平技术，通过开关器件的串联和对储能电容的有效均压，降低电子开关应力，有利于进一步提升直直变换器输出电压等级，实现空间电站的高效电能转换。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种空间电站用的三电平直流斩波电路拓扑。本发明具有低电子开关应力，高电压转换比例，控制方式简单，功率密度高，开关电流小等特点。

本发明三电平直流斩波电路拓扑有以下六种结构：

1、方案一：所述的三电平直流斩波电路拓扑由第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一储能电感、第二储能电感、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关和第一二极管组成；第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关和第四电子开关是可控开通和关断的快速半导体器件；第一电容的第一引出端子、第一电子开关的第一引出端子和第一二极管的第一引出端子在第一连接点连接，第一二极管的第二引出端子、第二储能电感的第一引出端子、第二电容的第一引出端子在第二连接点连接，第二储能电感的第二引出端子、第四电容的第一引出端子在第三连接点连接，第一电子开关的第二引出端子、第二电子开关的第一引出端子、第三电子开关的第一引出端子在第四连接点连接，第二电子开关的第二引出端子、第二电容的第二引出端子、第三电容的第一引出端子在第五连接点连接，第三电子开关的第二引出端子、第四电子开关的第一引出端子、第一储能电感的第一引出端子在第六连接点连接，第四电子开关的第二引出端子、第三电容的第二引出端子在第七连接点连接，第一电容(的第二引出端子、第一储能电感的第二引出端子、第四电容的第二引出端子在第八连接点连接。

2、一种空间用三电平直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的三电平直流斩波电路拓扑由第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一储能电感、第二储能电感、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关、第一二极管和第二二极管组成；第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关和第四电子开关是可控开通和关断的快速半导体器件；第一电容的第一引出端子、第一电子开关的第一引出端子和第一二极管的第一引出端子在第一连接点连接，第一二极管的第二引出端子、第二储能电感的第一引出端子、第二电容的第一引出端子在第二连接点连接，第二储能电感的第二引出端子、第四电容的第一引出端子在第三连接点连接，第一电子开关的第二引出端子、第二电子开关的第一引出端子、第三电子开关的第一引出端子在第四连接点连接，第二电子开关的第二引出端子、第二电容的第二引出端子、第三电容的第一引出端子在第五连接点连接，第三电子开关的第二引出端子、第四电子开关的第一引出端子、第二二极管的第二引出端子、第一储能电感的第一引出端子在第六连接点连接，第四电子开关的第二引出端子、第二二极管的第二引出端子、第三电容的第二引出端子在第七连接点连接，第一电容的第二引出端子、第一储能电感的第二引出端子、第四电容的第二引出端子在第八连接点连接。

3、一种空间用三电平直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的三电平直流斩波电路拓扑由第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一储能电感、第二储能电感、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关和第一二极管和第二二极管组成；第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关和第四电子开关是可控开通和关断的快速半导体器件；第一电容的第一引出端子、第一电子开关的第一引出端子和第一二极管的第一引出端子在第一连接点连接，第一二极管的第二引出端子、第二储能电感的第一引出端子、第二电容的第一引出端子在第二连接点连接，第二储能电感的第二引出端子、第四电容的第一引出端子在第三连接点连接，第一电子开关的第二引出端子、第二电子开关的第一引出端子、第三电子开关的第一引出端子、第二二极管的第一引出端子在第四连接点连接，第二电子开关的第二引出端子、第二二极管的第二引出端子、第二电容的第二引出端子、第三电容的第一引出端子在第五连接点连接，第三电子开关的第二引出端子、第四电子开关的第一引出端子、第一储能电感的第一引出端子在第六连接点连接，第四电子开关的第二引出端子、第三电容的第二引出端子在第七连接点连接，第一电容的第二引出端子、第一储能电感的第二引出端子、第四电容的第二引出端子在第八连接点连接。

4、一种空间用三电平直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的三电平直流斩波电路拓扑由第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一储能电感、第二储能电感、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关和第一二极管、第二二极管和第三二极管组成；第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关和第四电子开关是可控开通和关断的快速半导体器件；第一电容的第一引出端子、第一电子开关的第一引出端子和第一二极管的第一引出端子在第一连接点连接，第一二极管的第二引出端子、第二储能电感的第一引出端子、第二电容的第一引出端子在第二连接点连接，第二储能电感的第二引出端子、第四电容的第一引出端子在第三连接点连接，第一电子开关的第二引出端子、第二电子开关的第一引出端子、第三电子开关的第一引出端子、第二二极管的第一引出端子在第四连接点连接，第二电子开关的第二引出端子、第二二极管的第二引出端子、第二电容的第二引出端子、第三电容的第一引出端子在第五连接点连接，第三电子开关的第二引出端子、第四电子开关的第一引出端子、第三二极管的第一引出端子、第一储能电感的第一引出端子在第六连接点连接，第四电子开关的第二引出端子、第三极管的第二出端子、第三电容的第二引出端子在第七连接点连接，第一电容的第二引出端子、第一储能电感的第二引出端子、第四电容的第二引出端子在第八连接点连接。

5、一种空间用三电平直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的三电平直流斩波电路拓扑由第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一储能电感、第二储能电感、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关和第一二极管组成；第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关和第四电子开关是可控开通和关断的快速半导体器件；第一电容的第一引出端子、第一储能电感的第一引出端子在第一连接点连接，第一二极管的第一引出端子、第一储能电感的第二引出端子、第一电子开关的第一引出端子在第二连接点连接，第一二极管的第二引出端子、第二电容的第一引出端子、第四电容的第一引出端子在第三连接点连接，第一电子开关的第二引出端子、第二电子开关的第一引出端子、第三电子开关的第一引出端子在第四连接点连接，第二电子开关的第二引出端子、第二电容的第二引出端子、第三电容的第一引出端子在第五连接点连接，第三电子开关的第二引出端子、第四电子开关的第一引出端子、第二储能电感的第一引出端子在第六连接点连接，第四电子开关的第二引出端子、第三电容的第二引出端子在第七连接点连接，第一电容的第二引出端子、第二储能电感的第二引出端子、第四电容的第二引出端子在第八连接点连接。

6、空间用三电平直流斩波电路可以继续拓展为多电平拓扑，其特征在于：所述的多电平直流斩波电路拓扑由第一电容、第二电容、第三电容、第n电容、第n+1电容、第一储能电感、第二储能电感、第一电子开关(、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关、第n电子开关、第n+1电子开关和第一二极管组成；第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关、第n电子开关和第n+1电子开关是可控开通和关断的快速半导体器件；第一电容的第一引出端子、第一电子开关的第一引出端子和第一二极管的第一引出端子在第一连接点连接，第一二极管的第二引出端子、第二储能电感的第一引出端子、第二电容的第一引出端子在第二连接点连接，第二储能电感的第二引出端子、第四电容的第一引出端子在第三连接点连接，第一电子开关的第二引出端子、第二电子开关的第一引出端子、第三电子开关的第一引出端子在第四连接点连接，第二电子开关的第二引出端子、第二电容的第二引出端子、第三电容的第一引出端子在第五连接点连接，第三电子开关的第二引出端子、第四电子开关的第一引出端子、第五电子开关的第一引出端子在第六连接点连接，第四电子开关的第二引出端子、第三电容的第二引出端子、第四电容的第一引出端子在第七连接点连接，第n电子开关的第二引出端子、第n+1电子开关的第一引出端子、第一储能电感的第一引出端子在第n+3连接点连接，第n+1电子开关的第二引出端子、第n电容的第二引出端子在第n+4连接点连接，第一电容的第二引出端子、第一储能电感的第二引出端子、第n+1电容的第二引出端子在第n+5连接点连接。

第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关至第n+1电子开关可以是可控开通和关断的快速半导体器件，例如MOSFET或IGBT等。

本发明采用控制系统对所述的三电平直流斩波电路进行控制。控制系统包含电压和电流采样电路、控制算法电路、驱动电路。电压和电流采样电路采集所述第一电容、第二电容、第三电容、第四电容上电压信号和储能电感电流信号，电压和电流采样电路与控制算法电路连接，控制算法电路连接至驱动电路，驱动电路分别连接至第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关至第n+1电子开关。

第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一储能电感、第二储能电感、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关和第一二极管组成升压电路；控制系统的采样电路采样第一储能电感或第二储能电感的电流信号作为内环控制，采样第四电容的电压信号作为外环控制，通过控制器调节第一电子开关、第三电子开关、第四电子开关的导通和关断时间，实现输出电压DC2不同幅值下的升压控制；之后采样第二电容和第三电容的电压信号作为电压不平衡补偿控制，通过进一步调节第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关的导通关断时间，实现第二电容和第三电容的电压平衡控制，保证电子开关器件耐压的一致性。

第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一储能电感、第二储能电感、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关和第一二极管组成降压电路；控制系统的采样电路采样第一储能电感或第二储能电感的电流信号作为内环控制，采样第四电容的电压信号作为外环控制，通过控制器调节第一电子开关、第三电子开关、第四电子开关的导通和关断时间，实现输出电压DC2不同幅值下的降压控制；之后采样第二电容和第三电容的电压信号作为电压不平衡补偿控制，通过进一步调节第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关的导通关断时间，实现第二电容和第三电容的电压平衡控制，保证电子开关器件耐压的一致性。

第一电容、第二电容、第三电容、第n电容、第n+1电容、第一储能电感、第二储能电感、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关、第n电子开关、第n+1电子开关和第一二极管组成多电平升压电路；控制系统的采样电路采样第一储能电感或第二储能电感的电流信号作为内环控制，采样第四电容的电压信号作为外环控制，通过控制器调节第一电子开关、第三电子开关、第n电子开关、第n+1电子开关的导通和关断时间，实现输出电压DC2不同幅值下的升压控制；之后采样第二电容、第三电容、第n电容的电压信号作为电压不平衡补偿控制，通过进一步调节第一电子开关、第二电子开关)、第三电子开关、第四电子开关、第n电子开关、第n+1电子开关的导通关断时间，实现第二电容、第三电容、第n电容的电压平衡控制，保证电子开关器件耐压的一致性。

本发明三电平直流斩波电路拓扑的升压工作原理过程分析如下：升压过程共有四种工作状态，第一种工作状态，开通第一电子开关、第三电子开关和第四电子开关，第二电子开关闭合，此时第一电容给第一储能电感充电，第一电容、第二电容和第三电容同时给第二储能电感和第四电容充电，第二储能电感电流增加；第二种工作状态，关断第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关，开通第四电子开关，此时第一电容给第二电容和第三电容充电，同时给第二储能电感和第四电容充电，第二储能电感电流减小；第三种工作状态，开通第一电子开关、第二电子开关和第四电子开关，关断第三电子开关，此时第一电容给第三电容充电，同时第一电容给第三电容充电，同时第一电容和第二电容串联给第二储能电感和第四电容充电，第二电容电压降低，第三电容电压升高；第四种工作状态，开通第二电子开关和第三电子开关，关断第一电子开关和第四电子开关，此时第一电容给第二电容充电，同时又给第二储能电感和第四电容充电，第二电容电压升高，第三电容电压维持不变。第三种工作状态和第四种工作状态是一对互补状态，用来提供中间电平同时平衡两组直流电容电压。

升压控制过程中，通过控制电路板采样第四电容上电压信号作为控制电压外环，采样第一或第二储能电感上电流信号作为控制电流内环，通过PI控制或者P控制，得出在单位开关周期内第一种工作状态和第二种工作状态各自所占时间，驱动开关管后实现升压电路稳定电压输出。通过采样第二电容和第三电容的电压信号做差值后经过P控制得出单位周期内调节两组电容不平衡所需要的时间，进而控制第三工作状态和第四工作状态各自比例，实现两组电容电压的平衡控制。多电平直流斩波电路拓扑的升压工作原理过程同上述相同，不在赘述。

三电平直流斩波电路的降压工作过程同升压过程类似，同样也分为四种工作状态，通过控制电路板采样第四电容上电压信号作为控制电压外环，采样第一或第二储能电感上电流信号作为控制电流内环，通过PI控制或者P控制，得出在单位开关周期内第一种工作状态和第二种工作状态各自所占时间，驱动开关管后实现降压电路稳定电压输出。通过采样第二电容和第三电容的电压信号做差值后经过P控制得出单位周期内调节两组电容不平衡所需要的时间，进而控制第三工作状态和第四工作状态各自比例，实现两组电容电压的平衡控制。

所述的第一储能电感和第二储能电感共磁芯。

本发明的优点：

a.该空间用三电平直流斩波电路电子开关电压应力小；

b.该空间用三电平直流斩波电路实现串联电子开关均衡耐压；

c.该空间用三电平直流斩波电路控制实现简单；

d.该空间用三电平直流斩波电路功率密度高；

e.该空间用三电平直流斩波电路电子开关的开关电流小。

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为本发明实施例1的电路原理图；

图2为本发明系统连接示意图；

图3为本发明第一种工作状态原理图；

图4为本发明第二种工作状态原理图；

图5为本发明第三种工作状态原理图；

图6为本发明第四种工作状态原理图；

图7为本发明升压控制原理图；

图8为本发明电压平衡时电子开关导通时序图；

图9为本发明电压不平衡时，即第二电容电压超过第三电容，电子开关导通时序图；

图10为本发明电压不平衡时，即第二电容电压小于第三电容，电子开关导通时序图；

图11为本发明的升压控制仿真结果；

图12为本发明的电压平衡控制仿真结果；

图13为本发明实施例2的电路原理图；

图14为本发明实施例3的电路原理图；

图15为本发明实施例4的电路原理图；

图16为本发明实施例5的电路原理图；

图17为本发明实施例6的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1

图1所示为本发明的实施例1。如图1所示，本发明三电平直流斩波电路拓扑由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一储能电感L1、第二储能电感L2、第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3、第四电子开关K4和第一二极管D1组成；第一电容C1的第一引出端子、第一电子开关K1的第一引出端子和第一二极管D1的第一引出端子在第一连接点1连接，第一二极管D1的第二引出端子、第二储能电感L2的第一引出端子、第二电容C2的第一引出端子在第二连接点2连接，第二储能电感L2的第二引出端子、第四电容C4的第一引出端子在第三连接点3连接，第一电子开关K1的第二引出端子、第二电子开关K2的第一引出端子、第三电子开关K3的第一引出端子在第四连接点4连接，第二电子开关K2的第二引出端子、第二电容C2的第二引出端子、第三电容C2的第一引出端子在第五连接点5连接，第三电子开关K3的第二引出端子、第四电子开关K4的第一引出端子、第一储能电感L1的第一引出端子在第六连接点6连接，第四电子开关K4的第二引出端子、第三电容C3的第二引出端子在第七连接点7连接，第一电容C1的第二引出端子、第一储能电感L1的第二引出端子、第四电容C4的第二引出端子在第八连接点8连接。

如图2所示，光伏池板的输出电压连接至三电平直流斩波电路的输入端第一连接点1和第八连接点8，三电平直流斩波电路的输出端连接3和连接点8连接至直流母线，为负载和储能电池供电，同时对空间电站的无限能量传输提供能量。

控制系统的采样电路采样第一储能电感L1或第二储能电感L2的电流信号作为内环控制，采样第四电容C4的电压信号作为外环控制，通过控制器调节第一电子开关K1、第三电子开关K3、第四电子开关K4的导通和关断时间，实现输出电压DC2不同幅值下的升压控制；之后采样第二电容C2和第三电容C3的电压信号作为电压不平衡补偿控制，通过进一步调节第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3、第四电子开关K4的导通关断时间，实现第二电容C2和第三电容C3的电压平衡控制，保证电子开关器件耐压的一致性。

电子开关K1，K2，K3，K4可以是MOSFET，也可以是IGBT等可控开通和关断的快速半导体器件。

三电平直流斩波电路的升压工作原理过程分析如图3、图4、图5和图6所示。升压过程共有四种工作状态，第一种工作状态如图3，开通第一电子开关、第三电子开关和第四电子开关，第二电子开关闭合，此时第一电容给第一储能电感充电，第一电容、第二电容和第三电容同时给第二储能电感和第四电容充电，第二储能电感电流增加；第二种工作状态如图4，关断第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关，开通第四电子开关，此时第一电容给第二电容和第三电容充电，同时给第二储能电感和第四电容充电，第二储能电感电流减小；第三种工作状态如图5，开通第一电子开关、第二电子开关和第四电子开关，关断第三电子开关，此时第一电容给第三电容充电，同时第一电容给第三电容充电，同时第一电容和第二电容串联给第二储能电感和第四电容充电，第二电容电压降低，第三电容电压升高；第四种工作状态如图6，开通第二电子开关和第三电子开关，关断第一电子开关和第四电子开关，此时第一电容给第二电容充电，同时又给第二储能电感和第四电容充电，第二电容电压升高，第三电容电压维持不变。第三种工作状态和第四种工作状态是一对互补状态，用来提供中间电平同时平衡两组直流电容电压。

升压控制过程如图7所示，通过控制电路板采样第四电容上电压信号作为控制电压外环，采样第一或第二储能电感上电流信号作为控制电流内环，通过PI控制或者P控制，得出在单位开关周期内第一种工作状态和第二种工作状态各自所占时间T1，驱动开关管后实现升压电路稳定电压输出。当上下两组电容电压平衡时，四个电力开关在单位周期内脉冲示意图如图8所示，T1时间为第一种工作状态工作时间，剩余时间为第二种工作状态时间。通过采样第二电容和第三电容的电压信号做差值后经过P控制得出单位周期内调节两组电容不平衡所需要的时间T2，进而控制第三工作状态和第四工作状态各自比例，实现两组电容电压的平衡控制。当第二电容C2电压超过第三电容C3电压，本发明电压不平衡，此时四个电子开关脉冲示意图如图9所示，

T1时间为第一种工作状态工作时间，T2为第三种工作状态时间，使第二电容C2放电，第三电容C3充电。当第二电容C2电压小于第三电容C3电压，本发明电压不平衡，此时四个电子开关脉冲示意图如图10所示，T1时间为第一种工作状态工作时间，T2为第四种工作状态时间，使第二电容C2充电，第三电容C3维持不变。

仿真结果如图11和图12所示，图11为输入侧第一电容C1电压和输出侧第四电容C4电压，通过双闭环控制后，输出侧电压稳定运行，实现升压功能。图12位运行过程中第二电容C2和第三电容C3的直流电压，可以看出通过电压平衡控制两组电压维持均衡，表明提出的拓扑及控制方法有效可行。

实施例2

图13所示为本发明的实施例2。本发明三电平直流斩波电路拓扑由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一储能电感L1、第二储能电感L2、第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3、第四电子开关K4、第一二极管D1和第二二极管D2组成；第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3和第四电子开关K4是可控开通和关断的快速半导体器件；第一电容C1的第一引出端子、第一电子开关K1的第一引出端子和第一二极管D1的第一引出端子在第一连接点1连接，第一二极管D1的第二引出端子、第二储能电感L2的第一引出端子、第二电容C2的第一引出端子在第二连接点2连接，第二储能电感L2的第二引出端子、第四电容C4的第一引出端子在第三连接点3连接，第一电子开关K1的第二引出端子、第二电子开关K2的第一引出端子、第三电子开关K3的第一引出端子在第四连接点4连接，第二电子开关K2的第二引出端子、第二电容C2的第二引出端子、第三电容C2的第一引出端子在第五连接点5连接，第三电子开关K3的第二引出端子、第四电子开关K4的第一引出端子、第二二极管D2的第二引出端子、第一储能电感L1的第一引出端子在第六连接点6连接，第四电子开关K4的第二引出端子、第二二极管D2的第二引出端子、第三电容C3的第二引出端子在第七连接点7连接，第一电容C1的第二引出端子、第一储能电感L1的第二引出端子、第四电容C4的第二引出端子在第八连接点8连接。

实施例3

图14为本发明的实施例3。本发明的三电平直流斩波电路拓扑由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一储能电感L1、第二储能电感L2、第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3、第四电子开关K4和第一二极管D1和第二二极管D2组成；第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3和第四电子开关K4是可控开通和关断的快速半导体器件；第一电容C1的第一引出端子、第一电子开关K1的第一引出端子和第一二极管D1的第一引出端子在第一连接点1连接，第一二极管D1的第二引出端子、第二储能电感L2的第一引出端子、第二电容C2的第一引出端子在第二连接点2连接，第二储能电感L2的第二引出端子、第四电容C4的第一引出端子在第三连接点3连接，第一电子开关K1的第二引出端子、第二电子开关K2的第一引出端子、第三电子开关K3的第一引出端子、第二二极管D2的第一引出端子在第四连接点4连接，第二电子开关K2的第二引出端子、第二二极管D2的第二引出端子、第二电容C2的第二引出端子、第三电容C2的第一引出端子在第五连接点5连接，第三电子开关K3的第二引出端子、第四电子开关K4的第一引出端子、第一储能电感L1的第一引出端子在第六连接点6连接，第四电子开关K4的第二引出端子、第三电容C3的第二引出端子在第七连接点7连接，第一电容C1的第二引出端子、第一储能电感L1的第二引出端子、第四电容C4的第二引出端子在第八连接点8连接。

实施例4

图15为本发明的实施例4。本发明的三电平直流斩波电路拓扑由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一储能电感L1、第二储能电感L2、第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3、第四电子开关K4和第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3组成；第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3和第四电子开关K4是可控开通和关断的快速半导体器件；第一电容C1的第一引出端子、第一电子开关K1的第一引出端子和第一二极管D1的第一引出端子在第一连接点1连接，第一二极管D1的第二引出端子、第二储能电感L2的第一引出端子、第二电容C2的第一引出端子在第二连接点2连接，第二储能电感L2的第二引出端子、第四电容C4的第一引出端子在第三连接点3连接，第一电子开关K1的第二引出端子、第二电子开关K2的第一引出端子、第三电子开关K3的第一引出端子、第二二极管D2的第一引出端子在第四连接点4连接，第二电子开关K2的第二引出端子、第二二极管D2的第二引出端子、第二电容C2的第二引出端子、第三电容C2的第一引出端子在第五连接点5连接，第三电子开关K3的第二引出端子、第四电子开关K4的第一引出端子、第三二极管D3的第一引出端子、第一储能电感L1的第一引出端子在第六连接点6连接，第四电子开关K4的第二引出端子、第三极管D3的第二出端子、第三电容C3的第二引出端子在第七连接点7连接，第一电容C1的第二引出端子、第一储能电感L1的第二引出端子、第四电容C4的第二引出端子在第八连接点8连接。

实施例5

图16为本发明的实施例5。本发明的三电平直流斩波电路拓扑由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一储能电感L1、第二储能电感L2、第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3、第四电子开关K4和第一二极管D1组成；第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3和第四电子开关K4是可控开通和关断的快速半导体器件；第一电容C1的第一引出端子、第一储能电感L1的第一引出端子在第一连接点1连接，第一二极管D1的第一引出端子、第一储能电感L1的第二引出端子、第一电子开关K1的第一引出端子在第二连接点2连接，第一二极管D1的第二引出端子、第二电容C2的第一引出端子、第四电容C4的第一引出端子在第三连接点3连接，第一电子开关K1的第二引出端子、第二电子开关K2的第一引出端子、第三电子开关K3的第一引出端子在第四连接点4连接，第二电子开关K2的第二引出端子、第二电容C2的第二引出端子、第三电容C2的第一引出端子在第五连接点5连接，第三电子开关K3的第二引出端子、第四电子开关K4的第一引出端子、第二储能电感L2的第一引出端子在第六连接点6连接，第四电子开关K4的第二引出端子、第三电容C3的第二引出端子在第七连接点7连接，第一电容C1的第二引出端子、第二储能电感L2的第二引出端子、第四电容C4的第二引出端子在第八连接点8连接。

实施例6

图17为本发明的实施例6。本发明的多电平直流斩波电路拓扑由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第n电容Cn(n为电平数)、第n+1电容Cn+1、第一储能电感L1、第二储能电感L2、第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3、第四电子开关K4、第n电子开关Kn、第n+1电子开关Kn+1和第一二极管D1组成；第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3、第四电子开关K4、第n电子开关Kn和第n+1电子开关Kn+1是可控开通和关断的快速半导体器件；第一电容C1的第一引出端子、第一电子开关K1的第一引出端子和第一二极管D1的第一引出端子在第一连接点1连接，第一二极管D2的第二引出端子、第二储能电感L2的第一引出端子、第二电容C2的第一引出端子在第二连接点2连接，第二储能电感L2的第二引出端子、第四电容C4的第一引出端子在第三连接点3连接，第一电子开关K1的第二引出端子、第二电子开关K2的第一引出端子、第三电子开关K3的第一引出端子在第四连接点4连接，第二电子开关K2的第二引出端子、第二电容C2的第二引出端子、第三电容C2的第一引出端子在第五连接点5连接，第三电子开关K3的第二引出端子、第四电子开关K4的第一引出端子、第五电子开关K5的第一引出端子在第六连接点6连接，第四电子开关K4的第二引出端子、第三电容C3的第二引出端子、第四电容C4的第一引出端子在第七连接点7连接，第n电子开关Kn的第二引出端子、第n+1电子开关Kn+1的第一引出端子、第一储能电感L1的第一引出端子在第n+3连接点n+3连接，第n+1电子开关Kn+1的第二引出端子、第n电容Cn的第二引出端子在第n+4连接点n+4连接，第一电容C1的第二引出端子、第一储能电感L1的第二引出端子、第n+1电容Cn+1的第二引出端子在第n+5连接点n+5连接。

Claims (9)

1.一种空间用三电平直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的三电平直流斩波电路拓扑由第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第一储能电感(L1)、第二储能电感(L2)、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第三电子开关(K3)、第四电子开关(K4)和第一二极管(D1)组成；第一电容(C1)的第一引出端子、第一电子开关(K1)的第一引出端子和第一二极管(D1)的第一引出端子在第一连接点(1)连接，第一二极管(D1)的第二引出端子、第二储能电感(L2)的第一引出端子、第二电容(C2)的第一引出端子在第二连接点(2)连接，第二储能电感(L2)的第二引出端子、第四电容(C4)的第一引出端子在第三连接点(3)连接，第一电子开关(K1)的第二引出端子、第二电子开关(K2)的第一引出端子、第三电子开关(K3)的第一引出端子在第四连接点(4)连接，第二电子开关(K2)的第二引出端子、第二电容(C2)的第二引出端子、第三电容(C2)的第一引出端子在第五连接点(5)连接，第三电子开关(K3)的第二引出端子、第四电子开关(K4)的第一引出端子、第一储能电感(L1)的第一引出端子在第六连接点(6)连接，第四电子开关(K4)的第二引出端子、第三电容(C3)的第二引出端子在第七连接点(7)连接，第一电容(C1)的第二引出端子、第一储能电感(L1)的第二引出端子、第四电容(C4)的第二引出端子在第八连接点(8)连接。

2.一种空间用三电平直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的三电平直流斩波电路拓扑由第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第一储能电感(L1)、第二储能电感(L2)、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第三电子开关(K3)、第四电子开关(K4)、第一二极管(D1)和第二二极管(D2)组成；第一电容(C1)的第一引出端子、第一电子开关(K1)的第一引出端子和第一二极管(D1)的第一引出端子在第一连接点(1)连接，第一二极管(D1)的第二引出端子、第二储能电感(L2)的第一引出端子、第二电容(C2)的第一引出端子在第二连接点(2)连接，第二储能电感(L2)的第二引出端子、第四电容(C4)的第一引出端子在第三连接点(3)连接，第一电子开关(K1)的第二引出端子、第二电子开关(K2)的第一引出端子、第三电子开关(K3)的第一引出端子在第四连接点(4)连接，第二电子开关(K2)的第二引出端子、第二电容(C2)的第二引出端子、第三电容(C2)的第一引出端子在第五连接点(5)连接，第三电子开关(K3)的第二引出端子、第四电子开关(K4)的第一引出端子、第二二极管(D2)的第二引出端子、第一储能电感(L1)的第一引出端子在第六连接点(6)连接，第四电子开关(K4)的第二引出端子、第二二极管(D2)的第二引出端子、第三电容(C3)的第二引出端子在第七连接点(7)连接，第一电容(C1)的第二引出端子、第一储能电感(L1)的第二引出端子、第四电容(C4)的第二引出端子在第八连接点(8)连接。

3.一种空间用三电平直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的三电平直流斩波电路拓扑由第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第一储能电感(L1)、第二储能电感(L2)、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第三电子开关(K3)、第四电子开关(K4)和第一二极管(D1)和第二二极管(D2)组成；第一电容(C1)的第一引出端子、第一电子开关(K1)的第一引出端子和第一二极管(D1)的第一引出端子在第一连接点(1)连接，第一二极管(D1)的第二引出端子、第二储能电感(L2)的第一引出端子、第二电容(C2)的第一引出端子在第二连接点(2)连接，第二储能电感(L2)的第二引出端子、第四电容(C4)的第一引出端子在第三连接点(3)连接，第一电子开关(K1)的第二引出端子、第二电子开关(K2)的第一引出端子、第三电子开关(K3)的第一引出端子、第二二极管(D2)的第一引出端子在第四连接点(4)连接，第二电子开关(K2)的第二引出端子、第二二极管(D2)的第二引出端子、第二电容(C2)的第二引出端子、第三电容(C2)的第一引出端子在第五连接点(5)连接，第三电子开关(K3)的第二引出端子、第四电子开关(K4)的第一引出端子、第一储能电感(L1)的第一引出端子在第六连接点(6)连接，第四电子开关(K4)的第二引出端子、第三电容(C3)的第二引出端子在第七连接点(7)连接，第一电容(C1)的第二引出端子、第一储能电感(L1)的第二引出端子、第四电容(C4)的第二引出端子在第八连接点(8)连接。

4.一种空间用三电平直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的三电平直流斩波电路拓扑由第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第一储能电感(L1)、第二储能电感(L2)、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第三电子开关(K3)、第四电子开关(K4)和第一二极管(D1)、第二二极管(D2)和第三二极管(D3)组成；第一电容(C1)的第一引出端子、第一电子开关(K1)的第一引出端子和第一二极管(D1)的第一引出端子在第一连接点(1)连接，第一二极管(D1)的第二引出端子、第二储能电感(L2)的第一引出端子、第二电容(C2)的第一引出端子在第二连接点(2)连接，第二储能电感(L2)的第二引出端子、第四电容(C4)的第一引出端子在第三连接点(3)连接，第一电子开关(K1)的第二引出端子、第二电子开关(K2)的第一引出端子、第三电子开关(K3)的第一引出端子、第二二极管(D2)的第一引出端子在第四连接点(4)连接，第二电子开关(K2)的第二引出端子、第二二极管(D2)的第二引出端子、第二电容(C2)的第二引出端子、第三电容(C2)的第一引出端子在第五连接点(5)连接，第三电子开关(K3)的第二引出端子、第四电子开关(K4)的第一引出端子、第三二极管(D3)的第一引出端子、第一储能电感(L1)的第一引出端子在第六连接点(6)连接，第四电子开关(K4)的第二引出端子、第三极管(D3的第二出端子、第三电容(C3)的第二引出端子在第七连接点(7)连接，第一电容(C1)的第二引出端子、第一储能电感(L1)的第二引出端子、第四电容(C4)的第二引出端子在第八连接点(8)连接。

5.按照权利要求1至4的任何一项所述的空间用三电平直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第一储能电感(L1)、第二储能电感(L2)、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第三电子开关(K3)、第四电子开关(K4)和第一二极管(D1)组成升压电路；控制系统的采样电路采样第一储能电感(L1)或第二储能电感(L2)的电流信号作为内环控制，采样第四电容(C4)的电压信号作为外环控制，通过控制器调节第一电子开关(K1)、第三电子开关(K3)、第四电子开关(K4)的导通和关断时间，实现输出电压DC2不同幅值下的升压控制；之后采样第二电容(C2)和第三电容(C3)的电压信号作为电压不平衡补偿控制，通过进一步调节第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第三电子开关(K3)、第四电子开关(K4)的导通关断时间，实现第二电容(C2)和第三电容(C3)的电压平衡控制，保证电子开关器件耐压的一致性；

所述的控制系统包含电压和电流采样电路、控制算法电路、驱动电路，电压和电流采样电路采集直流斩波电路两端的电压信号和线路电流信号，电压和电流采样电路与控制算法电路连接，控制算法电路连接至驱动电路，驱动电路分别连接至第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第三电子开关(K3)和第四电子开关(K4)。

6.一种空间用三电平直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的三电平直流斩波电路拓扑由第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第一储能电感(L1)、第二储能电感(L2)、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第三电子开关(K3)、第四电子开关(K4)和第一二极管(D1)组成；第一电容(C1)的第一引出端子、第一储能电感(L1)的第一引出端子在第一连接点(1)连接，第一二极管(D1)的第一引出端子、第一储能电感(L1)的第二引出端子、第一电子开关(K1)的第一引出端子在第二连接点(2)连接，第一二极管(D1)的第二引出端子、第二电容(C2)的第一引出端子、第四电容(C4)的第一引出端子在第三连接点(3)连接，第一电子开关(K1)的第二引出端子、第二电子开关(K2)的第一引出端子、第三电子开关(K3)的第一引出端子在第四连接点(4)连接，第二电子开关(K2)的第二引出端子、第二电容(C2)的第二引出端子、第三电容(C2)的第一引出端子在第五连接点(5)连接，第三电子开关(K3)的第二引出端子、第四电子开关(K4)的第一引出端子、第二储能电感(L2)的第一引出端子在第六连接点(6)连接，第四电子开关(K4)的第二引出端子、第三电容(C3)的第二引出端子在第七连接点(7)连接，第一电容(C1)的第二引出端子、第二储能电感(L2)的第二引出端子、第四电容(C4)的第二引出端子在第八连接点(8)连接。

7.按照权利要求6所述的空间用三电平直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第一储能电感(L1)、第二储能电感(L2)、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第三电子开关(K3)、第四电子开关(K4)和第一二极管(D1)组成降压电路；控制系统的采样电路采样第一储能电感(L1)或第二储能电感(L2)的电流信号作为内环控制，采样第四电容(C4)的电压信号作为外环控制，通过控制器调节第一电子开关(K1)、第三电子开关(K3)、第四电子开关(K4)的导通和关断时间，实现输出电压DC2不同幅值下的降压控制；之后采样第二电容(C2)和第三电容(C3)的电压信号作为电压不平衡补偿控制，通过进一步调节第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第三电子开关(K3)、第四电子开关(K4)的导通关断时间，实现第二电容(C2)和第三电容(C3)的电压平衡控制，保证电子开关器件耐压的一致性；

所述的控制系统包含电压和电流采样电路、控制算法电路、驱动电路，电压和电流采样电路采集直流斩波电路两端的电压信号和线路电流信号，电压和电流采样电路与控制算法电路连接，控制算法电路连接至驱动电路，驱动电路分别连接至第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第三电子开关(K3)和第四电子开关(K4)。

8.一种空间用三电平直流斩波电路，其特征在于：所述的多电平直流斩波电路拓扑由第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第n电容(Cn)，n为电平数，以及第n+1电容(Cn+1)、第一储能电感(L1)、第二储能电感(L2)、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第三电子开关(K3)、第四电子开关(K4)、第n电子开关(Kn)、第n+1电子开关(Kn+1)和第一二极管(D1)组成；第一电容(C1)的第一引出端子、第一电子开关(K1)的第一引出端子和第一二极管(D1)的第一引出端子在第一连接点(1)连接，第一二极管(D2)的第二引出端子、第二储能电感(L2)的第一引出端子、第二电容(C2)的第一引出端子在第二连接点(2)连接，第二储能电感(L2)的第二引出端子、第四电容(C4)的第一引出端子在第三连接点(3)连接，第一电子开关(K1)的第二引出端子、第二电子开关(K2)的第一引出端子、第三电子开关(K3)的第一引出端子在第四连接点(4)连接，第二电子开关(K2)的第二引出端子、第二电容(C2)的第二引出端子、第三电容(C2)的第一引出端子在第五连接点(5)连接，第三电子开关(K3)的第二引出端子、第四电子开关(K4)的第一引出端子、第五电子开关(K5)的第一引出端子在第六连接点(6)连接，第四电子开关(K4)的第二引出端子、第三电容(C3)的第二引出端子、第四电容(C4)的第一引出端子在第七连接点(7)连接，第n电子开关(Kn)的第二引出端子、第n+1电子开关(Kn+1)的第一引出端子、第一储能电感(L1)的第一引出端子在第n+3连接点(n+3)连接，第n+1电子开关(Kn+1)的第二引出端子、第n电容(Cn)的第二引出端子在第n+4连接点(n+4)连接，第一电容(C1)的第二引出端子、第一储能电感(L1)的第二引出端子、第n+1电容(Cn+1)的第二引出端子在第n+5连接点(n+5)连接。

9.按照权利要求8所述的空间用多电平直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第n电容(Cn)(n为电平数)、第n+1电容(Cn+1)、第一储能电感(L1)、第二储能电感(L2)、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第三电子开关(K3)、第四电子开关(K4)、第n电子开关(Kn)、第n+1电子开关(Kn+1)和第一二极管(D1)组成升压电路；控制系统的采样电路采样第一储能电感(L1)或第二储能电感(L2)的电流信号作为内环控制，采样第四电容(C4)的电压信号作为外环控制，通过控制器调节第一电子开关(K1)、第三电子开关(K3)、第n电子开关(Kn)、第n+1电子开关(Kn+1)的导通和关断时间，实现输出电压DC2不同幅值下的升压控制；之后采样第二电容(C2)、第三电容(C3)、第n电容(Cn)的电压信号作为电压不平衡补偿控制，通过进一步调节第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第三电子开关(K3)、第四电子开关(K4)、第n电子开关(Kn)、第n+1电子开关(Kn+1)的导通关断时间，实现第二电容(C2)、第三电容(C3)、第n电容(Cn)的电压平衡控制，保证电子开关器件耐压的一致性；

所述的控制系统包含电压和电流采样电路、控制算法电路、驱动电路，电压和电流采样电路采集直流斩波电路两端的电压信号和线路电流信号，电压和电流采样电路与控制算法电路连接，控制算法电路连接至驱动电路，驱动电路分别连接至第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第三电子开关(K3)、第四电子开关(K4)、第n电子开关(Kn)、第n+1电子开关(Kn+1)。