CN111162663A - 分压电路及开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电力电子技术领域，提供了一种分压电路及开关电源，包括：至少两个分压模块，每个分压模块均包括：分压电容、储能电感及开关元件；其中，储能电感，第一端与分压电容的第一端连接，第二端通过开关元件与分压电容的第二端连接；至少两个分压模块的分压电容串联连接形成串联支路，串联支路两端的电压为母线电压；任意两个储能电感之间的线圈匝数的差值小于预设差值，且同向缠绕于同一磁芯上，从而各个储能电感的电感量相同。由电感的特性可知，由于各个储能电感的电感量均相同，且各个开关管的导通时间均相同，当分压电容上的电压较高时，流过相应的储能电感的电流也较大，较高的电压通过储能电感被释放，从而使得母线电压被均匀平分。

Description

分压电路及开关电源

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种分压电路及开关电源。

背景技术

随着光伏发电系统的输入电压的增加，现有的电力电子器件的单器件或模块的电压等级已经不能满足高压级别的应用。现有技术中，为解决开关电源不能满足高输入电压的问题，通常采用低电压等级的模块级联来解决上述问题。

但由于电容工艺导致电容存在差异，漏电流也存在差异，由此母线电压不能很好的被平分，从而导致整个级联开关电源无法正常工作。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种分压电路及开关电源，以解决现有技术中母线电压不能很好的被平分，从而导致整个级联开关电源无法正常工作的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种分压电路，包括：至少两个分压模块，每个分压模块均包括：分压电容、储能电感及开关元件；其中，储能电感，第一端与分压电容的第一端连接，第二端通过开关元件与分压电容的第二端连接；

至少两个分压模块的分压电容串联连接形成串联支路，串联支路两端的电压为母线电压；

至少两个分压模块的储能电感中，任意两个储能电感之间的线圈匝数的差值小于预设差值，且同向缠绕于同一磁芯上，形成分压变压器的原边绕组；

至少两个分压模块的开关元件的导通和断开动作一致。

本发明实施例的第二方面提供了一种开关电源，包括如本发明实施例第一方面提供的分压电路。

本发明实施例提供了一种分压电路，包括：至少两个分压模块，每个分压模块均包括：分压电容、储能电感及开关元件；其中，储能电感，第一端与分压电容的第一端连接，第二端通过开关元件与分压电容的第二端连接；至少两个分压模块的分压电容串联连接形成串联支路，串联支路两端的电压为母线电压；任意两个储能电感之间的线圈匝数的差值小于预设差值，且同向缠绕于同一磁芯上，从而各个储能电感的电感量相同。由电感的特性可知，由于各个储能电感的电感量均相同，且各个开关管的导通时间均相同，当分压电容上的电压较高时，流过相应的储能电感的电流也较大，较高的电压通过储能电感被释放，从而使得母线电压被均匀平分，同时电路结构简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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，下面描述中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种分压电路的系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种分压电路的电路原理图；

图3是本发明实施例提供的一种同步驱动模块的电路原理图；

图4是本发明实施例提供的一种过流检测模块的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种过流检测模块的电路原理图；

图6是本发明实施例提供的又一种分压电路的电路原理图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参考图1，本发明实施例提供了一种分压电路，包括：至少两个分压模块11，每个分压模块11均包括：分压电容111、储能电感112及开关元件113；其中，储能电感112，第一端与分压电容111的第一端连接，第二端通过开关元件113与分压电容111的第二端连接；

至少两个分压模块11的分压电容111串联连接形成串联支路，串联支路两端的电压为母线电压；

至少两个分压模块11的储能电感112中，任意两个储能电感112之间的线圈匝数的差值小于预设差值，且同向缠绕于同一磁芯上，形成分压变压器的原边绕组；

至少两个分压模块11的开关元件113的导通和断开动作一致。

本发明实施例中采用分压电容111进行分压，各个分压电容111的容值相同，则母线电压可以被均匀平分，各个电容的电压为基准电压。但由于制造工艺的原因，各个分压电容111并不能完全相同，各个分压电容111两端的电压存在差异，偏离基准电压。

由于任意两个储能电感112之间的线圈匝数的差值小于预设差值，即各个储能电感112的匝数相同或相近，且同向缠绕于同一磁芯上，因此各个储能电感112的电感量大致相同；同时，由于各个分压模块11的开关元件113的导通和断开动作一致，因此各个开关元件113的导通时间一致；

由电感的特性可知，

其中，I为电感电流，U为电感电压，L为电感量，T为导通时间。当某个分压电容111两端的电压大于基准电压时，流过对应的储能电感112的电流也较大，则对应储能电感112传递到分压变压器的副边绕组的能量则较多，该储能电感112的电压被拉低。反之，当某个分压电容111两端的电压小于基准电压时，流过对应的储能电感112的电流也较小，则对应储能电感112传递到分压变压器的副边绕组的能量较少，该储能电感112的电压被抬高；通过分压电路的自我调节，各个分压电容111两端的电压稳定在基准电压，母线电压被均匀的平分。一些实施例中，至少两个分压模块11的储能电感112的线圈匝数均相同。

一些实施例中，开关元件113可以为MOS管、晶体管或IGBT管。

下面，以包含四个分压模块11的分压电路为例对上述实施例做进一步的说明。

参考图2，分压电路包括四个分压模块11，各个分压模块11的电路结构相同，以第一个分压模块11为例：第一个分压电容C5，第一端与母线电压端Vi连接，第二端与第二个分压电容C6的第一端连接；第一个储能电感T1A，异名端与母线电压端Vi连接，同名端与第一个开关管Q1(开关元件111可以为开关管)的漏极连接；第一个开关管Q1的源极与第一个分压电容C5的第二端连通。四个分压电容C5、C6、C7及C8串联形成串联支路，串联支路两端的电压为母线电压Vi，最后一个分压电容C8的第二端与第一接地端GND连接。

其中，四个储能电感T1A、T1B、T1C及T1D的同向绕制在同一个磁芯上，且匝数相同或相近，由此，各个储能电感的电感量大致相同。四个储能电感T1A、T1B、T1C及T1D形成分压变压器T1的原边绕组。四个开关管Q1、Q2、Q3及Q4同时导通或同时闭合，例如，各个开关管可以分别与外部控制模块连接，根据外部控制模块发送的控制信号同时导通或闭合，从而控制四个储能电感T1A、T1B、T1C及T1D所在的支路同时导通或断开。

当各个储能电感所在支路导通时，四个储能电感T1A、T1B、T1C及T1D向分压变压器T1的副边绕组T1J传递能量。例如当第二个分压电容C6两端的电压偏高时，流过第二个储能电感T1B的电流较大，由此，第二个储能电感T1B传递到分压变压器T1的副边绕组T1J的能量较多，第二个分压电容C6两端的电压被相应的拉低。例如，母线电压为Vi，则各个分压电容电压被稳定在

一些实施例中，上述分压电路还可以包括：同步驱动模块。

同步驱动模块用于向至少两个分压模块11输出至少两个驱动信号，驱动信号的数量与分压模块11的数量相同。至少两个驱动信号用于，使至少两个分压模块11的开关元件113的导通和断开的动作一致。

同步驱动模块输出至少两路驱动信号，每一路驱动信号驱动一个开关元件113，使各个分压模块11的开关元件113同时导通，或同时关闭。

一些实施例中，参考图3，同步驱动模块可以包括：第一电阻R4、第二电阻R9、第一三极管Q5、第二三极管Q6、第一二极管D6、第一电容C10及驱动变压器T2；

驱动变压器T2包括至少两个副边绕组，驱动变压器T2的副边绕组的数量与分压模块11的数量相同，用于输出至少两个驱动信号；

第一电阻R4，第一端分别与第一三极管Q5的基极及第二三极管Q6的基极连接；

第一三极管Q5，集电极与正极电源端VCC连接，发射极分别与第二三极管Q6的发射极、第一二极管D6的负极及第一电容C10的第一端连接；

第二三极管Q6的集电极与第一接地端GND连接；

第一电容C10的第二端与第一二极管D6的正极连接；

驱动变压器T2的原边绕组T2A，同名端通过第二电阻R9与第一二极管D6的正极连接，异名端与第一接地端GND连接。

其中，第一电阻R4的第二端可以与外部控制模块连接，接收外部控制模块发送的驱动控制信号，同步驱动模块根据驱动控制信号通过驱动变压器T2生成至少两个驱动信号，分别用于驱动对应的开关元件113打开或关闭。同时，驱动变压器T2还用于信号隔离。

例如，参考图2及图3，当分压电路包含四个分压模块11时，驱动变压器T2包含四个副边绕组，分别为T2B、T2C、T2D及T2E，各个副边绕组分别与对应的分压模块11连接，并分别向对应的分压模块11输出驱动信号，分别驱动开关管Q1、Q2、Q3及Q4的导通和断开。

一些实施例中，四个副边绕组T2B、T2C、T2D及T2E可以同向且匝数相同，四路驱动信号完全相同，可使得四个开关元件113同时导通或同时断开。

一些实施例中，参考图2及图3，驱动变压器T2的各个副边绕组，同名端通过第四电阻与对应的分压模块11的开关管的栅极连接，异名端与开关管的源极连接。例如，第一个副边绕组T2B的同名端通过第一个第四电阻R5与开关管Q1的栅极连接，异名端与第一个开关管Q1的源极连接。通过控制第一个开关管Q1的栅极与源极的压差控制第一个开关管Q1的导通及断开。

一些实施例中，上述分压电路还可以包括：过流检测模块。

过流检测模块用于检测流过各个储能电感111的电流，并根据流过各个储能电感111的电流得到并输出过流检测信号。

过流检测模块与外部控制模块连接，并将过流检测信号发送给外部控制模块，外部控制模块根据过流检测信号判断分压电路是否存在过流，若存在，则，例如，外部控制模块向同步驱动模块发送驱动控制信号，通过至少两个驱动信号使各个开关元件113全部断开，切断回路，防止过流。

一些实施例中，参考图4，过流检测模块可以包括：至少两个单向导通元件141及至少两个过流检测单元142；单向导通元件141的数量和过流检测单元142的数量均与分压模块11的数量相同；

各个过流检测单元142分别用于检测流过对应储能电感111的电流，并将流过对应储能电感111的电流等比例转换为电压加在对应的单向导通元件141的正极；

至少两个单向导通元件141的负极连接，用于得到并输出过流检测信号。

过流检测单元142将流过对应储能电感111的电流等比例转换为电压加在对应的单向导通元件141的正极，同时，各个单向导通元件141的负极相连。由于各个单向导通元件141的负极电势相同，各个单向导通元件141的正极电压中最大的电压通过单向导通元件141加在单向导通元件141的负极时，除该单向导通元件141外，其他单向导通元件141由于正极电压均低于该单向导通元件141的负极电压，因此均反向截止。过流检测模块选取各个储能电感111的电流中的最大值，并根据该最大值生成过流检测信号发送给外部控制模块。

一些实施例中，参考图5，过流检测模块还可以包括：第五电阻R14和第三电容C35。单向导通元件141的负极与第五电阻R14的第一端连接，第三电容C35的第一端与第五电阻R14的第二端连接，第三电容C35的第二端与第一接地端GND连接。第五电阻R14的第二端可以与外部控制模块连接，将过流检测信号发送给外部控制模块，外部控制模块根据过流检测信号控制开关元件113的开断，从而防止过流。

一些实施例中，每个过流检测单元142均可以包括：电流互感器及第三电阻。

第三电阻，第一端与对应的单向导通元件141的正极连接，第二端与第一接地端GND连接；

电流互感器，副边与第三电阻并联连接，原边串联在对应的储能电感111所在的通路中。

由于电流互感器原边的电流与流过储能电感111的电流相同，在电流互感器的副边感应出相应的电流并转换为电压加在单向导通元件141的正极。例如，单向导通元件141可以为二极管。

参考图5及图1，例如，第一个过流检测单元142包括第一个电流互感器CT1和第一个第三电阻R10。第一个电流互感器CT1的原边CT1A串联在第一个储能电感T1A所在支路中，例如，第一个电流互感器CT1的原边CT1A，同名端可以与第一个开关管Q1的源极连接，异名端可以与第一个分压电容C5的第二端连接。或第一个电流互感器CT1的原边CT1A串联在第一个储能电感T1A和第一个开关管Q1之间。任意可以检测流过储能电感111的电流的连接方式均在本发明实施例保护范围内。

一些实施例中，母线电压采用至少两个母线电容均压，分压电容111的数量与母线电容的数量相同，且对应设置；

母线电容，第一端与对应的分压电容111的第一端连接，第二端与对应的分压电容111的第二端连接；

分压电路还可以包括：至少一个限流模块；

每个母线电容，第一端与对应的分压电容111之间串联一个限流模块，或/和，第二端与对应的分压电容111之间串联一个限流模块。

一些实施例中，限流模块可以包括限流电阻。

一些实施例中，分压模块11还可以包括：第三二极管。第三二极管，正极与分压电容111的第一端连接，负极通过储能电感112与开关元件113连接。

例如，参考图6，第一个第三二极管D1，正极与第一个分压电容C5的第一端连接，负极与第一个储能电感T1A的异名端连接，防止电流反向流动。

由于各个分压电容111两端的电压较大，当开关元件113损坏时，大电流流过储能电感111会损坏元件，甚至引起火灾。本发明实施例在每个母线电容的第一端与对应的分压电容111的第一端之间串联一个限流模块、在每个母线电容的第二端与对应的分压电容111的第二端之间串联一个限流模块，或在每个母线电容的第一端与对应的分压电容111的第一端之间及每个母线电容的第二端与对应的分压电容111的第二端之间均串联一个限流模块，保证每个开关元件113所在支路均具有一个限流模块，对电流进行限制，防止开关元件113损坏后回路大电流损坏元件或引起火灾。

同时，上述分压电路采用相同数量的分压电容111，各个分压电容111与母线电容一对一对应设置，当各个母线电容两端的电压不均衡时，可通过上述分压电路均衡各个母线电容的电压，无需额外设置均压装置，减小了系统成本。

例如，参考图6，母线电压采用四个母线电容均压，四个母线电容分别为C1、C2、C3及C4，四个母线电容C1、C2、C3及C4与四个分压电容C5、C6、C7及C8一一对应设置。第一个母线电容的C1的第一端与第一个分压电容C5的第一端均与母线电压端Vi连接，第一个母线电容C1的第二端通过第一个限流电阻R1与第一个分压电容C5的第二端连接，当第一个开关管Q1损坏时，由于第一个限流电阻R1的存在，第一个开关管Q1所在的支路中不会有大电流流过，不至于损坏元件或发生火灾。同时在第二个母线电容C2的第二端与第二个分压电容C6的第二端之间串联第二个分压电阻R2，在第三个母线电容C3的第二端与第三个分压电容C7的第二端之间串联第三个分压电阻R3，保证每个开关管所在支路均具有一个限流电阻，防止大电流损坏电路，引起危险。

一些实施例中，参考图1或图6，上述分压电路还可以包括：输出模块。输出模块可以包括：分压变压器的副边绕组T1J、第二二极管D5及第二电容C9。

分压变压器的副边绕组T1J，同名端与第二二极管D5的正极连接，异名端与第二接地端SGND连接；

第二二极管D5的负极与第二电容C9的第一端连接；

第二电容C9的第二端与第二接地端SGND连接。

母线电压通过分压变压器T1将电能传递给副边绕组并输出，第二电容C9的第一端为输出端，与后级设备连接，为后级设备提供电能。

本发明实施例还提供了一种开关电源，包括上述发明实施例提供的分压电路。

本发明实施例还提供了一种逆变器，包括上述发明实施例提供的分压电路。分压电路可以用于对逆变器的母线电容均压，防止逆变器的各个母线电容两端的电压不均衡，过压损坏。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分压电路，其特征在于，包括：至少两个分压模块，每个分压模块均包括：分压电容、储能电感及开关元件；其中，所述储能电感，第一端与所述分压电容的第一端连接，第二端通过所述开关元件与所述分压电容的第二端连接；

所述至少两个分压模块的分压电容串联连接形成串联支路，所述串联支路两端的电压为母线电压；

所述至少两个分压模块的储能电感中，任意两个储能电感之间的线圈匝数的差值小于预设差值，且同向缠绕于同一磁芯上，形成分压变压器的原边绕组；

所述至少两个分压模块的开关元件的导通和断开动作一致。

2.如权利要求1所述的分压电路，其特征在于，还包括：同步驱动模块；所述同步驱动模块用于向所述至少两个分压模块输出至少两个驱动信号，所述驱动信号的数量与所述分压模块的数量相同；

所述至少两个驱动信号用于，使所述至少两个分压模块的开关元件的导通和断开的动作一致。

3.如权利要求2所述的分压电路，其特征在于，所述同步驱动模块包括：第一电阻、第二电阻、第一三极管、第二三极管、第一二极管、第一电容及驱动变压器；

所述驱动变压器包括至少两个副边绕组，所述驱动变压器的副边绕组的数量与所述分压模块的数量相同，用于输出所述至少两个驱动信号；

所述第一电阻，第一端分别与所述第一三极管的基极及所述第二三极管的基极连接；

所述第一三极管，集电极与正极电源端连接，发射极分别与所述第二三极管的发射极、所述第一二极管的负极及所述第一电容的第一端连接；

所述第二三极管的集电极与第一接地端连接；

所述第一电容的第二端与所述第一二极管的正极连接；

所述驱动变压器的原边绕组，同名端通过所述第二电阻与所述第一二极管的正极连接，异名端与所述第一接地端连接。

4.如权利要求1所述的分压电路，其特征在于，还包括：过流检测模块；

所述过流检测模块用于检测流过各个储能电感的电流，并根据所述流过各个储能电感的电流得到并输出过流检测信号。

5.如权利要求4所述的分压电路，其特征在于，所述过流检测模块包括：至少两个单向导通元件及至少两个过流检测单元；所述单向导通元件的数量和所述过流检测单元的数量均与所述分压模块的数量相同；

各个过流检测单元分别用于检测流过对应储能电感的电流，并将所述流过对应储能电感的电流等比例转换为电压加在对应的单向导通元件的正极；

所述至少两个单向导通元件的负极连接，用于得到并输出所述过流检测信号。

6.如权利要求5所述的分压电路，其特征在于，每个过流检测单元均包括：电流互感器及第三电阻；

所述第三电阻，第一端与对应的单向导通元件的正极连接，第二端与第一接地端连接；

所述电流互感器，副边与所述第三电阻并联连接，原边串联在对应的储能电感所在的通路中。

7.如权利要求1所述的分压电路，其特征在于，所述母线电压采用至少两个母线电容均压，所述分压电容的数量与所述母线电容的数量相同，且对应设置；

所述母线电容，第一端与对应的分压电容的第一端连接，第二端与对应的分压电容的第二端连接；

所述分压电路还包括：至少一个限流模块；

每个母线电容，第一端与对应的分压电容之间串联一个所述限流模块，或/和，第二端与对应的分压电容之间串联一个所述限流模块。

8.如权利要求7所述的分压电路，其特征在于，所述限流模块包括：限流电阻。

9.如权利要求1至8任一项所述的分压电路，其特征在于，还包括：输出模块；所述输出模块包括：所述分压变压器的副边绕组、第二二极管及第二电容；

所述分压变压器的副边绕组，同名端与所述第二二极管的正极连接，异名端与第二接地端连接；

所述第二二极管的负极与第二电容的第一端连接；

所述第二电容的第二端与所述第二接地端连接。

10.一种开关电源，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的分压电路。

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