CN108923632A - 一种多电平boost装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多电平BOOST装置，通过设置依次串联的N个分压模块分别与N个第一开关一一对应并联，能够实现N个第一开关之间的电压分配，进而使N个第一开关两端的电压均处于安全范围内，即便启机时输入电压较高而飞跨电容上电压为零，也能够避免第2个至第N个第一开关因过压而击穿失效的问题。

Description

一种多电平BOOST装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种多电平BOOST装置。
背景技术
随着电力电子变换器系统电压的上升，对相关开关器件的耐压要求也逐步提升，鉴于半导体工艺性能等方面的影响，多电平技术由于能够利用较低电压等级器件以较低的成本实现高电压的电力变化成为一个研究热点。
图1所示为一种常见飞跨电容型三电平BOOST装置主电路拓扑，正常情况下，K1、K2、D1及D2的电压应力均为输出电压Vout的一半。然而该电路在启动时，其跨电容C1两端的电压Vc为0V，若输入电压Vin较高、大于K2的耐受电压，则在上电瞬间，K2将会因过压而击穿。
发明内容
本发明提供一种多电平BOOST装置，以解决当输入电压较高时现有技术中存在的上电瞬间开关管过压击穿的问题。
为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种多电平BOOST装置，所述多电平BOOST装置的主电路包括：输入电容、输入电感、第一支路、第二支路、第三支路及第四支路；其中：
所述输入电感的一端与所述输入电容的一端相连；
所述输入电感的另一端分别与所述第一支路的一端及所述第二支路的一端相连；所述第一支路包括N个依次串联的第一开关，且与所述输入电感相连的第一开关为第1个第一开关，N为大于1的正整数；所述第二支路包括N个依次串联的第二开关，且与所述输入电感相连的第二开关为第1个第二开关；
第1和第2个第二开关之间的公共点，与所述第三支路的一端相连；所述第三支路包括N个依次串联的分压模块；
第i-1和第i个分压模块之间的公共点，与第i-1和第i个第一开关之间的公共点相连，i为大于1且小于等于N的正整数；
第1个分压模块包括第一电容；
第i个分压模块包括：串联连接的可控开关、第二电感和第二电容，以及，为所述第二电感提供放电电回路的放电支路；所述放电支路包括：第二电源；所述第二电源用于接收所述第二电感中的电量；所述可控开关在默认状态下向所述第二电容充电；
所述第二支路的另一端与所述第四支路的一端相连；所述第四支路的两端为所述主电路的输出端，且所述第四支路包括至少一个输出电容；
所述第一支路的另一端、所述第三支路的另一端及所述第四支路的另一端，均与所述输入电容的另一端相连。
优选的，所述放电支路还包括：与所述第二电源串联连接的方向器件；
所述方向器件用于防止所述第二电源的电量流向所述第二电感。
优选的，所述方向器件为第二二极管。
优选的，当N大于2时，所述多电平BOOST装置还包括N-1个连接电容，第j个连接电容的一端与第j+1和第j+2个第二开关之间的公共点相连，第j个连接电容的另一端与第j+1和第j+2个分压模块之间的公共点相连，j为小于N-1的正整数。
优选的，所述第一开关为逆导型晶体管；所述第二开关为二极管；所述可控开关为机械开关或者逆导型晶体管；
若所述输入电感和所述第二支路设置于所述多电平BOOST装置的正极线缆上，则第i-1和第i个第二开关之间的公共点为：第i-1个二极管的负极和第i个二极管的正极的连接点；
若所述输入电感和所述第二支路设置于所述多电平BOOST装置的负极线缆上，则第i-1和第i个第二开关之间的公共点为：第i-1个二极管的正极和第i个二极管的负极的连接点。
优选的，若所述第四支路中包括多个依次串联连接的输出电容，则所述第二电源为所述第四支路中的全部或者部分输出电容。
优选的，所述主电路还包括：N-1个钳位支路；
第i-1和第i个第二开关之间的公共点，与第i-1个钳位支路的一端相连；第i-1个钳位支路用于分担第i个第二开关上的电压；
N-1个钳位支路的另一端，均与所述输入电容和所述第一支路、所述第三支路及所述第四支路的连接点相连。
优选的，所述钳位支路包括：第一二极管和第一电源；所述第一电源用于分担相应第二开关上的电压。
优选的，若所述第四支路中包括N个依次串联连接的输出电容，且与所述输入电容相连的输出电容为第1个输出电容，与所述第二支路相连的输出电容为第N个输出电容，则所述钳位支路包括第一二极管；
若所述输入电感和所述第二支路设置于所述多电平BOOST装置的正极线缆上，则第i-1个钳位支路中的第一二极管：负极与第i-1和第i个第二开关之间的公共点相连，正极与第i-1和第i个输出电容之间的公共点相连；
若所述输入电感和所述第二支路设置于所述多电平BOOST装置的负极线缆上，则第i-1个钳位支路中的第一二极管：正极与第i-1和第i个第二开关之间的公共点相连，负极与第i-1和第i个输出电容之间的公共点相连。
优选的，当N等于2且所述第四支路中包括2个串联连接的输出电容时，所述多电平BOOST装置的控制器用于：
在Vout＝Vc1＝Vc2＝0的情况下切入Vin时，首先控制所述第一支路中的两个第一开关均关断，待Vout＝Vin之后，控制所述主电路进入正常工作状态；
在Vout/2≤Vin≤Vout且Vc1＝Vc2＝0的情况下切入Vin时，首先控制所述第一支路中的两个第一开关均关断，待Vc1＝Vc2＝Vin/2之后，控制所述第一支路中的两个第一开关交错脉冲导通，直至Vc1+Vc2＝Vout，控制所述主电路进入正常工作状态；
在Vout/4≤Vin≤Vout/2且Vc1＝Vc2＝0的情况下切入Vin时，首先控制所述第一支路中的两个第一开关均关断，待Vc1＝Vc2＝Vin/2之后，控制所述第一支路中的第2个第一开关关断、第1个第一开关脉冲导通；再待Vc1>Vco1之后，控制所述第一支路中的两个第一开关交错脉冲导通；直至Vc1+Vc2＝Vout，控制所述主电路进入正常工作状态；
所述主电路在正常工作状态且Vc1＝Vout/2<Vc2的情况下对所述第二电容放电时，控制所述第一支路中的第2个第一开关关断、第1个第一开关以周期T1进行脉冲导通、所述可控开关以周期T2进行脉冲导通；周期T2小于周期T1；
其中，Vout为所述第四支路两端的电压，Vc1为所述第一电容两端的电压，Vc2为所述第二电容两端的电压，Vin为所述多电平BOOST装置的输入电压，Vco1为与所述输入电容相连的输出电容两端的电压。
本发明提供的多电平BOOST装置，通过设置依次串联的N个分压模块分别与N个第一开关一一对应并联，能够实现N个第一开关之间的电压分配，进而使N个第一开关两端的电压均处于安全范围内，即便启机时输入电压较高而飞跨电容上电压为零，也能够避免第2个至第N个第一开关因过压而击穿失效的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术提供的多电平BOOST装置主电路的结构示意图；
图2a和图2b是本发明实施例提供的三电平BOOST装置主电路的两种结构示意图；
图2c是本发明实施例提供的五电平BOOST装置主电路的结构示意图；
图3a和图3b是本发明实施例提供的三电平BOOST装置主电路的两种具体结构示意图；
图4a和图4b是本发明实施例提供的三电平BOOST装置主电路的两种具体结构示意图；
图4c是本发明实施例提供的五电平BOOST装置主电路的结构示意图；
图5a和图5b是本发明实施例提供的三电平BOOST装置主电路的两种具体结构示意图；
图5c是本发明实施例提供的五电平BOOST装置主电路的结构示意图；
图6a至图6c以及图6e是本发明另一实施例提供的三电平BOOST装置主电路的三种具体结构示意图；
图6d是本发明实施例提供的五电平BOOST装置主电路的结构示意图；
图7a是本发明另一实施例提供的三电平BOOST装置主电路中的电流流向示意图；
图7b是本发明另一实施例提供的三电平BOOST装置主电路中的电容电压仿真示意图；
图8是本发明另一实施例提供的三电平BOOST装置主电路中两个第一开关所接收的脉冲波形图；
图9a至图12是本发明另一实施例提供的三电平BOOST装置主电路中的多种电流流向示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明提供一种多电平BOOST装置，以解决当输入电压较低时现有技术中在上电瞬间存在器件过压击穿的风险的问题。
实际应用中，多电平BOOST装置一般包括主电路、电压电流检测装置以及控制器等；具体的，其主电路可以如图2a、图2b或图2c所示，包括：输入电容Cin、输入电感L1、第一支路、第二支路、第三支路及第四支路；其中：
输入电感L1的一端与输入电容Cin的一端相连；
输入电感L1的另一端分别与第一支路的一端及第二支路的一端相连；第一支路包括N个依次串联的第一开关(如图2a和图2b中的K11和K12，或图2c中的K11、K12及K13)，且与输入电感L1相连的第一开关为第1个第一开关K11，N为大于1的正整数；第二支路包括N个依次串联的第二开关(如图2a和图2b中的D01和D02，或图2c中的D01、D02及D03)，且与输入电感L1相连的第二开关为第1个第二开关D01；
第1个第二开关D01和第2个第二开关D02之间的公共点，与第三支路的一端相连；第三支路包括N个依次串联的分压模块；
第i-1和第i个分压模块之间的公共点，与第i-1和第i个第一开关之间的公共点相连，i为大于1且小于等于N的正整数；
第1个分压模块包括第一电容C1；
第i个分压模块包括：串联连接的可控开关(如图2a和图2b中的K21，或图2c中的K21和K22)、第二电感(如图2a和图2b中的L21，或图2c中的L21和L22)和第二电容(如图2a和图2b中的C21，或图2c中的C21和C22)，以及，为第二电感提供放电电回路的放电支路；放电支路包括：串联连接的第二二极管(如图2a和图2b中的D21，或图2c中的D21和D22)和第二电源(如图2a和图2b中的DC21，或图2c中的DC21和DC22)；第二电源用于接收第二电感中的电量；且可控开关在默认状态下向第二电容充电；实际应用中，还可以采用除第二二极管以外的其他方向器件来防止第二电源的电量流向所述第二电感；并且，可控开关、第二电感和第二电容的位置可以互换，并不限定于图2a至图2c所示情况，均在本申请的保护范围内；
第二支路的另一端与第四支路的一端相连；第四支路的两端为主电路的输出端，第四支路两端电压也即该主电路的输出电压；且第四支路包括至少一个输出电容(如图2a、图2b和图2c中的Cout)；
第一支路的另一端、第三支路的另一端及第四支路的另一端，均与输入电容Cin的另一端相连；
当N大于2时，多电平BOOST装置还包括N-1个连接电容(如图2c中的C3)，第j个连接电容的一端与第j+1和第j+2个第二开关之间的公共点相连，第j个连接电容的另一端与第j+1和第j+2个分压模块之间的公共点相连，j为小于N-1的正整数。
实际应用中，可以设置第一开关为逆导型晶体管，第二开关为二极管，可控开关为常通型机械开关或者默认状态下为同一分压模块内第二电容充电的逆导型晶体管；该逆导型晶体管可以为MOSFET、JFET、集成反并二极管的IGBT等；此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
若输入电感L1和第二支路设置于多电平BOOST装置的正极线缆上，则如图2a所示，第i-1和第i个第二开关之间的公共点为：第i-1个二极管的负极和第i个二极管的正极的连接点；
若输入电感L1和第二支路设置于多电平BOOST装置的负极线缆上，则如图2b所示，第i-1和第i个第二开关之间的公共点为：第i-1个二极管的正极和第i个二极管的负极的连接点。
图2a和图2b互为对偶型拓扑，且均为N＝2时的主电路拓扑，该主电路能够实现三电平输出；图2c为N＝3时的一种主电路拓扑，该主电路能够实现五电平输出；图2c的对偶型拓扑及N>3时的主电路拓扑可以依据上述情况进行类推，此处不再一一进行展示，均在本申请的保护范围内。
以图2a所示拓扑为例进行说明：
由于两个第一开关K11、K12的寄生电容相比于第一电容C1、第二电容C21小很多，可以忽略启动时其对第一电容C1和第二电容C21对输入电压的分压，因此这两个第一开关K11、K12各自承受的电压分别由第一电容C1和第二电容C21两端的电压决定，这便解决图1所示现有技术中输入电压完全由K12承受的问题。
值得说明的是，实际应用中也可以采用电阻、电容或者两者的组合来代替第二电源实现对于第二电感L21上的能量泄放，但是这样会造成额外损耗。而本实施例提供的该多电平BOOST装置，其主电路中每个分压模块中设置的放电支路都是包括一个第二电源，用于接收电感中的电量。
参见图2a，其第二电感L21的放电支路包括：第二二极管D21和第二电源DC21，该第二电源DC21能够通过第二二极管D21接收第二电感L21中的电量，并将该能量再次利用，实现了能量的优化。
更为优选的，若第四支路中包括多个依次串联连接的输出电容，则该第二电源可以为第四支路中的全部或者部分输出电容，这样还能够在关机时为第二电容提供放电通道，提高系统的安全性。
以在图2a的基础上为例进行展示，如图3a所示，其第二二极管D21能够将第二电感L21中的能量回馈至总母线(Cout可以是一个电容也可以是多个电容的等效形式)中；或者，如图3b所示，其第二二极管D21能够将第二电感L21中的能量回馈至部分母线(Co1)中。同时在系统下电时，通过其第二二极管D21还能够为第二电容C21提供一个放电回路。
对于其他拓扑的钳位支路设置，可以以此类推得到，此处不再一一赘述。
综上，本实施例提供的该多电平BOOST装置，通过设置依次串联的N个分压模块分别与N个第一开关一一对应并联，能够实现N个第一开关之间的电压分配，进而使N个第一开关两端的电压均处于安全范围内，即便启机时输入电压较高而飞跨电容上电压为零，也能够避免第2个至第N个第一开关因过压而击穿失效的问题。
本发明另一实施例还提供了另外一种多电平BOOST装置，在上述实施例的基础之上，优选的，其主电路还包括：N-1个钳位支路；
第i-1和第i个第二开关之间的公共点，与第i-1个钳位支路的一端相连；第i-1个钳位支路用于分担第i个第二开关上的电压；如图4a和图4b所示，D01和D02之间的公共点与第1个钳位支路(包括D11和DC11)相连，第1个钳位支路用于分担第2个第二开关D02上的电压；如图4c所示，D01和D02之间的公共点与第1个钳位支路(包括D11和DC11)相连，第1个钳位支路用于分担第2个第二开关D02上的电压，D02和D03之间的公共点与第2个钳位支路(包括D12和DC12)相连，第2个钳位支路用于分担第3个第二开关D03上的电压。
具体的，对于对偶型拓扑：比如在图4a中，输入电感L1和第二支路均设置于该多电平BOOST装置的正极线缆上，则第一二极管D11的负极与相应两个第二开关(D01和D02)之间的公共点相连，第一二极管D11的正极与第一电源DC11的正极相连，第一电源DC11的负极与输入电容Cin相连；在图4b中，输入电感L1和第二支路均设置于多电平BOOST装置的负极线缆上，则第一二极管D11的正极与相应两个第二开关(D01和D02)之间的公共点相连，第一二极管D11的负极与第一电源DC11的负极相连，第一电源DC11的正极与输入电容Cin相连。对于五电平拓扑，如图4c所示情况，则在图4a的基础之上增加K22、L22、C22、D22、DC22、D03、D12、DC12及C3，各器件之间的连接方式参见图4c，此处不再赘述。另外，图4b和图4c所示拓扑以及其他拓扑中的原理与上述内容相似，可以类推得到，此处不再一一赘述。
以图4a为例进行说明，该钳位支路包括：第一二极管D11和第一电源DC11；该钳位支路通过分担第二开关D02上的电压，使第2个第二开关D02所承受的电压最高值调整为第四支路(包括Cout)两端电压(也即该多电平BOOST装置的输出电压)与钳位支路两端电压之间的差值，进而降低了第2个第二开关D02所承受的电压应力。
由上述内容可以得到，本实施例通过在第i-1和第i个第二开关之间的公共点设置第i-1个钳位支路，以将第i个第二开关所承受的电压钳位在第四支路两端电压(也即该多电平BOOST装置的输出电压)与相应钳位支路两端电压之间的差值上，即便在输入低压、输出高压的情况下，也能够避免上电瞬间第2个至第N个第二开关过压击穿的风险。
其他结构及原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本实施例通过采用较少的器件能够解决传统飞跨电容型多电平BOOST电路开关管电压应力超标的问题，所有开关管均可选择更低耐压的器件，并使得电路在较宽的输入范围内保证系统可靠运行。因电路工作于多电平状态，相关滤波器件体积成本可以得到较好的控制，使得系统在性价比方面具有较大的优势。
在具体的实际应用中，对于第一电源的选择，并不做具体限定，其可以是额外的电源，也可以是以该多电平BOOST装置主电路输出电压中的一部分作为该第一电源，用于分担相应第二开关上的电压，也即：若第四支路中包括N个依次串联连接的输出电容(如图5a和图5b中的Co1和Co2，以及，图5c中的Co1、Co2和Co3)，且与输入电容Cin相连的输出电容为第1个输出电容(如图5a至图5c中的Co1)，与第二支路相连的输出电容为第N个输出电容(如图5a和图5b中的Co2，以及，图5c中的Co3)，则钳位支路包括第一二极管；
若输入电感L1和第二支路设置于多电平BOOST装置的正极线缆上，则第i-1个钳位支路中的第一二极管：负极与第i-1和第i个第二开关之间的公共点相连，正极与第i-1和第i个输出电容之间的公共点相连；如图5a和图5c所示，对于D11而言，其负极与D01和D02之间的公共点相连，其正极与Co1和Co2之间的公共点相连；如图5c所示，对于D12而言，其负极与D02和D03之间的公共点相连，其正极与Co2和Co3之间的公共点相连；
若输入电感L1和第二支路设置于多电平BOOST装置的负极线缆上，则第i-1个钳位支路中的第一二极管：正极与第i-1和第i个第二开关之间的公共点相连，负极与第i-1和第i个输出电容之间的公共点相连；如图5b所示，对于D11而言，其正极与D01和D02之间的公共点相连，其负极与Co1和Co2之间的公共点相连。
对于其他拓扑的钳位支路设置，可以以此类推得到，此处不再一一赘述。
其他结构及原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
实际应用中，结合分压模块、带电源的钳位支路以及带电源的放电支路，则可以同时确保对于各个第一开关在启动时的均压问题、第二电容在放电时容易出现的冲击电流问题、分压模块中电感续流的能量回收问题，以及，系统断电时第二电容上的能量泄放问题和相应第二开关耐压问题的解决。
结合图3b与图5a，可以得到图6a所示方案，图6b为在图6a的基础之上以逆导型开关器件IGBT替代各开关管的方案展示，图6c为图6a的对偶型拓扑，图6d为五电平输出拓扑。对于更多电平的拓扑可以类推得到，此处不再一一展示。
以下以图6b为例说明本实施例在以下几个典型工况下的工作过程及其控制器的控制策略，并在图6b基础上增加输出负载Zload，如图6e所示。且为方便说明，做以下设定：C1＝C21，3×Co2＝Co1，L21<<L1，具体实施时并不仅限于此，还可依据实际需求做相应调整，均在本申请的保护范围内。
具体的，工况1为：在Vout＝Vc1＝Vc2＝0的情况下切入Vin时，首先控制第一支路中的两个第一开关K11和K12均关断；Vin通过限流电阻(图中未示出)和L1，分别对L21+C21、Co1和Co2进行充电；由于设计中L21远小于L1，因此L21上的压降可以忽略；同时因启动电阻及负载Zload的存在，L1与C1，L21+C21，Co1，Co2形成的振荡电压较小；其电流回路如图7a所示，稳态后各电压如下：Vc1＝Vc2＝Vin/2，Vout＝Vin，4×Vco2＝3×Vin，4×Vco1＝Vin，仿真结果如图7b所示；然后，即可控制主电路进入正常工作状态。
工况2为：在Vout/2≤Vin≤Vout且Vc1＝Vc2＝0的情况下切入Vin时，初始时对C1、C21的充电过程与上一工况相同，即首先控制第一支路中的两个第一开关K11和K12均关断；但是由于Vin≤Vout，不会对输出电压进行充电，同时相关点电压关系为：Vout≤2×Vin，Vco1＝Vout/4，Vc1＝Vc2＝Vin/2，Vco1≤Vc1，Vco1≤Vc2；待Vc1＝Vc2＝Vin/2之后，控制第一支路中的两个第一开关K11和K12交错脉冲导通(脉冲波形如图8所示，T为脉冲周期，D为脉冲占空比)，直至Vc1+Vc2＝Vout，控制主电路进入正常工作状态；图9a为K11导通、K12关断，Vin给L1充电并同时给C1放电、C21充电；图9b为K11、K12均关断，L1对C1、C21充电；图9c为K12导通、K11关断，Vin给L1充电，同时给C1充电。
工况3为：在Vout/4≤Vin≤Vout/2且Vc1＝Vc2＝0的情况下切入Vin时，初始时对C1、C21的充电过程与工况2相同，即首先控制第一支路中的两个第一开关K11和K12均关断；但是由于Vin低，C1两端电压不高于Co1两端电压，如依照工况2的方式进行脉冲充电则会有Co1直接对C1进行充电问题，此时回路阻抗极低，容易造成回路中器件D11、K22的损坏，因此必须通过特殊逻辑对C1进行预充电，并使得其两端电压高于Co1两端电压后再切入工况2的启动过程。即待Vc1＝Vc2＝Vin/2之后，控制第一支路中的第2个第一开关K12关断、第1个第一开关K11脉冲导通；K11在导通状态时，Vin对L1和L21及C21进行充电，电流方向如图10a所示；K12在关断状态时，L1对C1和C21进行充电，电流方向如图10b所示；反复图10a和图10b两种充电形式，进而实现对C1的升压充电，直至Vc1>Vco1，控制第一支路中的两个第一开关K11和K12交错脉冲导通；直至Vc1+Vc2＝Vout，控制主电路进入正常工作状态。
工况4为：主电路在正常工作状态且Vc1＝Vout/2<Vc2的情况下对第二电容C21放电时，控制第一支路中的第2个第一开关K12关断、第1个第一开关K11以周期T1进行脉冲导通、可控开关K21以周期T2进行脉冲导通；周期T2小于周期T1；在此过程中，可以有表1所示四种情况，各种情况下的电流流向图则为图11a、图11b、图11c及图11d所示。由于L21的存在可以有效的抑制放电电流，同时在L21中的能量又通过D21回馈至输出端，实现了无损放电。
表1
K11 K12 K21 电流流向图
OFF OFF ON 图11a
OFF OFF OFF 图11b
ON OFF ON 图11c
ON OFF OFF 图11d
工况5为：主电路在正常工作状态下，某一时刻移除Vin，则在母线侧会通过一些特殊的放电电路对系统内部储能装置进行放电，以保护维修人员的安全；若本电路中Vin和Vout均未低于C1和C21两端电压之和，则C1与C21均无相关放电回路；但当Vout低于C1和C21两端电压之和时，C1将会通过K12和D02与输出相连进行放电，而C21将通过D31与输出相连进行放电，电流流向参见图12。
其中，Vout为第四支路两端的电压，也即主电路的输出电压，Vc1为第一电容两端的电压，Vc2为第二电容两端的电压，Vin为多电平BOOST装置的输入电压，Vco1为与输入电容Cin相连的输出电容两端的电压。
其余原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种多电平BOOST装置，其特征在于，所述多电平BOOST装置的主电路包括：输入电容、输入电感、第一支路、第二支路、第三支路及第四支路；其中：
所述输入电感的一端与所述输入电容的一端相连；
所述输入电感的另一端分别与所述第一支路的一端及所述第二支路的一端相连；所述第一支路包括N个依次串联的第一开关，且与所述输入电感相连的第一开关为第1个第一开关，N为大于1的正整数；所述第二支路包括N个依次串联的第二开关，且与所述输入电感相连的第二开关为第1个第二开关；
第1和第2个第二开关之间的公共点，与所述第三支路的一端相连；所述第三支路包括N个依次串联的分压模块；
第i-1和第i个分压模块之间的公共点，与第i-1和第i个第一开关之间的公共点相连，i为大于1且小于等于N的正整数；
第1个分压模块包括第一电容；
第i个分压模块包括：串联连接的可控开关、第二电感和第二电容，以及，为所述第二电感提供放电电回路的放电支路；所述放电支路包括：第二电源；所述第二电源用于接收所述第二电感中的电量；所述可控开关在默认状态下向所述第二电容充电；
所述第二支路的另一端与所述第四支路的一端相连；所述第四支路的两端为所述主电路的输出端，且所述第四支路包括至少一个输出电容；
所述第一支路的另一端、所述第三支路的另一端及所述第四支路的另一端，均与所述输入电容的另一端相连。
2.根据权利要求1所述的多电平BOOST装置，其特征在于，所述放电支路还包括：与所述第二电源串联连接的方向器件；
所述方向器件用于防止所述第二电源的电量流向所述第二电感。
3.根据权利要求2所述的多电平BOOST装置，其特征在于，所述方向器件为第二二极管。
4.根据权利要求1所述的多电平BOOST装置，其特征在于，当N大于2时，所述多电平BOOST装置还包括N-1个连接电容，第j个连接电容的一端与第j+1和第j+2个第二开关之间的公共点相连，第j个连接电容的另一端与第j+1和第j+2个分压模块之间的公共点相连，j为小于N-1的正整数。
5.根据权利要求1所述的多电平BOOST装置，其特征在于，所述第一开关为逆导型晶体管；所述第二开关为二极管；所述可控开关为机械开关或者逆导型晶体管；
若所述输入电感和所述第二支路设置于所述多电平BOOST装置的正极线缆上，则第i-1和第i个第二开关之间的公共点为：第i-1个二极管的负极和第i个二极管的正极的连接点；
若所述输入电感和所述第二支路设置于所述多电平BOOST装置的负极线缆上，则第i-1和第i个第二开关之间的公共点为：第i-1个二极管的正极和第i个二极管的负极的连接点。
6.根据权利要求1-5任一所述的多电平BOOST装置，其特征在于，若所述第四支路中包括多个依次串联连接的输出电容，则所述第二电源为所述第四支路中的全部或者部分输出电容。
7.根据权利要求6所述的多电平BOOST装置，其特征在于，所述主电路还包括：N-1个钳位支路；
第i-1和第i个第二开关之间的公共点，与第i-1个钳位支路的一端相连；第i-1个钳位支路用于分担第i个第二开关上的电压；
N-1个钳位支路的另一端，均与所述输入电容和所述第一支路、所述第三支路及所述第四支路的连接点相连。
8.根据权利要求7所述的多电平BOOST装置，其特征在于，所述钳位支路包括：第一二极管和第一电源；所述第一电源用于分担相应第二开关上的电压。
9.根据权利要求7所述的多电平BOOST装置，其特征在于，若所述第四支路中包括N个依次串联连接的输出电容，且与所述输入电容相连的输出电容为第1个输出电容，与所述第二支路相连的输出电容为第N个输出电容，则所述钳位支路包括第一二极管；
若所述输入电感和所述第二支路设置于所述多电平BOOST装置的正极线缆上，则第i-1个钳位支路中的第一二极管：负极与第i-1和第i个第二开关之间的公共点相连，正极与第i-1和第i个输出电容之间的公共点相连；
若所述输入电感和所述第二支路设置于所述多电平BOOST装置的负极线缆上，则第i-1个钳位支路中的第一二极管：正极与第i-1和第i个第二开关之间的公共点相连，负极与第i-1和第i个输出电容之间的公共点相连。
10.根据权利要求9所述的多电平BOOST装置，其特征在于，当N等于2且所述第四支路中包括2个串联连接的输出电容时，所述多电平BOOST装置的控制器用于：
在Vout＝Vc1＝Vc2＝0的情况下切入Vin时，首先控制所述第一支路中的两个第一开关均关断，待Vout＝Vin之后，控制所述主电路进入正常工作状态；
在Vout/2≤Vin≤Vout且Vc1＝Vc2＝0的情况下切入Vin时，首先控制所述第一支路中的两个第一开关均关断，待Vc1＝Vc2＝Vin/2之后，控制所述第一支路中的两个第一开关交错脉冲导通，直至Vc1+Vc2＝Vout，控制所述主电路进入正常工作状态；
在Vout/4≤Vin≤Vout/2且Vc1＝Vc2＝0的情况下切入Vin时，首先控制所述第一支路中的两个第一开关均关断，待Vc1＝Vc2＝Vin/2之后，控制所述第一支路中的第2个第一开关关断、第1个第一开关脉冲导通；再待Vc1>Vco1之后，控制所述第一支路中的两个第一开关交错脉冲导通；直至Vc1+Vc2＝Vout，控制所述主电路进入正常工作状态；
所述主电路在正常工作状态且Vc1＝Vout/2<Vc2的情况下对所述第二电容放电时，控制所述第一支路中的第2个第一开关关断、第1个第一开关以周期T1进行脉冲导通、所述可控开关以周期T2进行脉冲导通；周期T2小于周期T1；
其中，Vout为所述第四支路两端的电压，Vc1为所述第一电容两端的电压，Vc2为所述第二电容两端的电压，Vin为所述多电平BOOST装置的输入电压，Vco1为与所述输入电容相连的输出电容两端的电压。
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