CN111509976A - 一种冗余容错Buck-Boost变换器 - Google Patents

一种冗余容错Buck-Boost变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN111509976A
CN111509976A CN202010229841.5A CN202010229841A CN111509976A CN 111509976 A CN111509976 A CN 111509976A CN 202010229841 A CN202010229841 A CN 202010229841A CN 111509976 A CN111509976 A CN 111509976A
Authority
CN
China
Prior art keywords
buck
circuit
topology
boost
fault
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010229841.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111509976B (zh
Inventor
张望亨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Saifang Technology Co ltd
Original Assignee
Shanghai Saifang Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Saifang Technology Co ltd filed Critical Shanghai Saifang Technology Co ltd
Priority to CN202010229841.5A priority Critical patent/CN111509976B/zh
Publication of CN111509976A publication Critical patent/CN111509976A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111509976B publication Critical patent/CN111509976B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明公开了一种冗余容错Buck‑Boost变换器，涉及电力电子技术领域。本发明基于传统TSBB电路提出了一种改进的Buck‑Boost变换器，主要是通过改变原有拓扑电路结构以及增加了一个额外的功率开关管进行改进设计；改进后的拓扑电路具有的额外功能是具有容错性能，利用一个额外的功率开关管可以实现对拓扑原有的两个开关管的容错功能；改进后的拓扑电路同样可以工作在Buck、Boost、Buck‑Boost任意一种工作模式下。本发明拓扑相比于传统TSBB具有容错功能，并且仅仅利用一个额外的功率开关管就可以实现对拓扑本身任意一开关管进行容错；由于两个开关管都进行了接地，因此在设计驱动电路方面，更加便捷。

Description

一种冗余容错Buck-Boost变换器
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，特别是涉及一种冗余容错Buck-Boost变换器。
背景技术
在过去的几十年里，电力电子技术不断发展，同时DC-DC技术得到了极大的发展，DC-DC技术的研究一直在进行，主要研究方向在拓扑性能、控制性能、可靠性等方向，同时它广泛应用于各中行业中，小到家用电器，大到混合电动汽车、电网、工业传动、航天、可再生能源等领域。例如在一些交流电机驱动系统中，Buck-Boost电路起到了非常重要的作用，其在系统响应中的性能，对驱动系统稳定有着重要意义。
电力电子开关管故障容错拓扑，可以同时对功率开关管开路故障和短路故障进行容错，进一步提高了电力电子拓扑的可靠性。针对传统的两开关Buck-Boost电路拓扑进行改进，目的是从拓扑可靠性方面进行改进，提高其相应的性能。提出了新的Buck-Boost电路拓扑，使得TSBB(Two-switch buck–boost)电路在其关键应用领域(电动汽车、工业生产、航天等)具有更好的性能和更高的可靠性。
发明内容
本发明提供了一种冗余容错Buck-Boost变换器，解决了以上问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的一种冗余容错Buck-Boost变换器，基于传统TSBB电路提出了一种改进的Buck-Boost变换器，主要是通过改变原有拓扑电路结构以及增加了一个额外的功率开关管进行改进设计；
改进后的拓扑电路具有的额外功能是具有容错性能，利用一个额外的功率开关管可以实现对拓扑原有的两个开关管的容错功能；
改进后的拓扑电路同样可以工作在Buck、Boost、Buck-Boost任意一种工作模式下，任意一种工作模式下都可以实现容错功能。
进一步地，在所述Buck模式下工作，分为两个工作状态：
第一个状态：电源直接给负载充电，此时拓扑电路中S1开通，S2关闭，形成较大电流回路；
第二个状态：续流阶段，此时拓扑电路中S1、S2关闭，电流经过拓扑电路中的D1、L、D2进行续流。
进一步地，在所述Boost模式下工作，分为两个工作状态：
第一个状态：拓扑电路中Vi给电感L充电，同时拓扑电路中C中能量向负载供电，此时拓扑电路中S1、S2开通，电流流经L、D2，形成电流回路；
第二状态：拓扑电路中Vi和L同时给负载供电，此时拓扑电路中中S1开通、S2关闭，电流经过拓扑电路中L、D2、负载、S1。
进一步地，在所述Buck-Boost模式下工作，分为两个工作状态：
第一个状态：拓扑电路中电源给电感L充电，同时拓扑电路的C中能量向负载供电，此时S1关闭，S2开通，电流流经L、S2，形成电流回路；
第二个状态：拓扑电路中L给负载供电，此时拓扑电路中S1、S2关闭，电流经过L、D1、D2。
进一步地，在所述Buck-Boost模式下工作，当发生功率开关管故障后改进的拓扑电路可以进行容错控制，利用一个冗余的开关管Sf做为应急开关管，如果拓扑电路中发生S1发生故障，电流可以通过Df1、Sf；如果拓扑电路中S2发生故障，电流可以通过Df2、Sf。
本发明相对于现有技术包括有以下有益效果：
本发明的拓扑相比于传统TSBB(Two-switch buck–boost)所具有的优势如下：
(1)具有容错功能，并且仅仅利用一个额外的功率开关管就可以实现对拓扑本身任意一开关管进行容错。
(2)由于两个开关管都进行了接地，因此在设计驱动电路方面，更加便捷。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种冗余容错Buck-Boost变换器的改进型Buck-Boost电路拓扑图；
图2为本发明在Buck模式下改进Buck-Boost电路电流流向示意图；
图3为本发明在Boost模式下改进TSBB电路电流流向示意图；
图4为本发明在Buck-Boost模式下改进Buck-Boost电路电流流向示意图；
图5为本发明在改进Buck-Boost电路容错运行电流流向示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5所示，本发明的一种冗余容错Buck-Boost变换器，基于传统TSBB电路提出了一种改进的Buck-Boost变换器，主要是通过改变原有拓扑电路结构以及增加了一个额外的功率开关管进行改进设计，具体结构参阅图1所示；
改进后的拓扑电路具有的额外功能是具有容错性能，利用一个额外的功率开关管可以实现对拓扑原有的两个开关管的容错功能；
改进后的拓扑电路同样可以工作在Buck、Boost、Buck-Boost任意一种工作模式下，任意一种工作模式下都可以实现容错功能。
其中，如图2所示，在Buck模式下工作，分为两个工作状态：
第一个状态：电源直接给负载充电，此时拓扑电路中S1开通，S2关闭，形成较大电流回路，如图2(a)所示；
第二个状态：续流阶段，此时拓扑电路中S1、S2关闭，电流经过拓扑电路中的D1、L、D2进行续流，如图2(b)所示。
其中，如图3所示，在Boost模式下工作，分为两个工作状态：
第一个状态：拓扑电路中Vi给电感L充电，同时拓扑电路中C中能量向负载供电，此时拓扑电路中S1、S2开通，电流流经L、D2，形成如图3(a)所示的电流回路；
第二状态：拓扑电路中Vi和L同时给负载供电，此时拓扑电路中中S1开通、S2关闭，电流经过拓扑电路中L、D2、负载、S1，如图3(b)所示。
其中，如图4所示，在Buck-Boost模式下工作，分为两个工作状态：
第一个状态：拓扑电路中电源给电感L充电，同时拓扑电路的C中能量向负载供电，此时S1关闭，S2开通，电流流经L、S2，形成如图4(a)所示的电流回路；
第二个状态：拓扑电路中L给负载供电，此时拓扑电路中S1、S2关闭，电流经过L、D1、D2，如图4(b)所示。
其中，如图5所示，在Buck-Boost模式下工作，当发生功率开关管故障后改进的拓扑电路可以进行容错控制，利用一个冗余的开关管Sf做为应急开关管，如果拓扑电路中发生S1发生故障，电流可以通过Df1、Sf，如图5(a)所示；如果拓扑电路中S2发生故障，电流可以通过Df2、Sf，如图5(b)所示。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
本发明的拓扑相比于传统TSBB(Two-switch buck–boost)所具有的优势如下：
(1)具有容错功能，并且仅仅利用一个额外的功率开关管就可以实现对拓扑本身任意一开关管进行容错。
(2)由于两个开关管都进行了接地，因此在设计驱动电路方面，更加便捷。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种冗余容错Buck-Boost变换器，其特征在于，基于传统TSBB电路提出了一种改进的Buck-Boost变换器，主要是通过改变原有拓扑电路结构以及增加了一个额外的功率开关管进行改进设计；
改进后的拓扑电路具有的额外功能是具有容错性能，利用一个额外的功率开关管可以实现对拓扑原有的两个开关管的容错功能；
改进后的拓扑电路同样可以工作在Buck、Boost、Buck-Boost任意一种工作模式下，任意一种工作模式下都可以实现容错功能。
2.根据权利要求1所述的一种冗余容错Buck-Boost变换器，其特征在于，在所述Buck模式下工作，分为两个工作状态：
第一个状态：电源直接给负载充电，此时拓扑电路中S1开通，S2关闭，形成较大电流回路；
第二个状态：续流阶段，此时拓扑电路中S1、S2关闭，电流经过拓扑电路中的D1、L、D2进行续流。
3.根据权利要求1所述的一种冗余容错Buck-Boost变换器，其特征在于，在所述Boost模式下工作，分为两个工作状态：
第一个状态：拓扑电路中Vi给电感L充电，同时拓扑电路中C中能量向负载供电，此时拓扑电路中S1、S2开通，电流流经L、D2，形成电流回路；
第二状态：拓扑电路中Vi和L同时给负载供电，此时拓扑电路中中S1开通、S2关闭，电流经过拓扑电路中L、D2、负载、S1。
4.根据权利要求1所述的一种冗余容错Buck-Boost变换器，其特征在于，在所述Buck-Boost模式下工作，分为两个工作状态：
第一个状态：拓扑电路中电源给电感L充电，同时拓扑电路的C中能量向负载供电，此时S1关闭，S2开通，电流流经L、S2，形成电流回路；
第二个状态：拓扑电路中L给负载供电，此时拓扑电路中S1、S2关闭，电流经过L、D1、D2。
5.根据权利要求4所述的一种冗余容错Buck-Boost变换器，其特征在于，在所述Buck-Boost模式下工作，当发生功率开关管故障后改进的拓扑电路可以进行容错控制，利用一个冗余的开关管Sf做为应急开关管，如果拓扑电路中发生S1发生故障，电流可以通过Df1、Sf；如果拓扑电路中S2发生故障，电流可以通过Df2、Sf。
CN202010229841.5A 2020-03-27 2020-03-27 一种冗余容错Buck-Boost变换器 Active CN111509976B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010229841.5A CN111509976B (zh) 2020-03-27 2020-03-27 一种冗余容错Buck-Boost变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010229841.5A CN111509976B (zh) 2020-03-27 2020-03-27 一种冗余容错Buck-Boost变换器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111509976A true CN111509976A (zh) 2020-08-07
CN111509976B CN111509976B (zh) 2024-04-09

Family

ID=71872627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010229841.5A Active CN111509976B (zh) 2020-03-27 2020-03-27 一种冗余容错Buck-Boost变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111509976B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007151245A (ja) * 2005-11-25 2007-06-14 Renesas Technology Corp Ｄｃ／ｄｃコンバータ
CN101505091A (zh) * 2009-03-06 2009-08-12 捷顶微电子（上海）有限公司 具有buck和boost两种工作模式的电压转换芯片
US20110080143A1 (en) * 2009-05-28 2011-04-07 Parakulam Gopalakrishnan R Buck-boost circuit
US20140091724A1 (en) * 2012-09-28 2014-04-03 Osram Sylvania Inc. Solid state light source driver establishing buck or boost operation
CN107248816A (zh) * 2017-08-11 2017-10-13 株洲宏达微电子科技有限公司 基于传统Buck‑Boost拓扑的一种新型变换器电路
KR20180049561A (ko) * 2016-11-03 2018-05-11 인하대학교 산학협력단 새로운 방식의 두 스위치 벅 부스트 회로

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007151245A (ja) * 2005-11-25 2007-06-14 Renesas Technology Corp Ｄｃ／ｄｃコンバータ
CN101505091A (zh) * 2009-03-06 2009-08-12 捷顶微电子（上海）有限公司 具有buck和boost两种工作模式的电压转换芯片
US20110080143A1 (en) * 2009-05-28 2011-04-07 Parakulam Gopalakrishnan R Buck-boost circuit
US20140091724A1 (en) * 2012-09-28 2014-04-03 Osram Sylvania Inc. Solid state light source driver establishing buck or boost operation
KR20180049561A (ko) * 2016-11-03 2018-05-11 인하대학교 산학협력단 새로운 방식의 두 스위치 벅 부스트 회로
CN107248816A (zh) * 2017-08-11 2017-10-13 株洲宏达微电子科技有限公司 基于传统Buck‑Boost拓扑的一种新型变换器电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BYUNG HEE MOON ET AL.: "A novel two switch buck-boost converter with reduced switching and conduction components", 《2017 IEEE 18TH WORKSHOP ON CONTROL AND MODELING FOR POWER ELECTRONICS (COMPEL)》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111509976B (zh) 2024-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN206698111U (zh) 一种采用开关电感和开关电容的准开关升压dc‑dc变换器
Zhu et al. High step-up quasi-Z-source DC-DC converters with single switched capacitor branch
CN210041650U (zh) 一种非隔离型高增益三端口变换器
CN103219912B (zh) 适合宽输入电压升降压并网逆变器的控制方法
CN1852021A (zh) L源逆变器
CN105406728B (zh) 全双向开关型双级矩阵变换器整流级开关管开路故障时的容错控制方法
CN109462337B (zh) 一种高升压比级联电桥型阻抗网络dc/dc变换器及控制方法
CN114465479A (zh) 一种三端口双向dc/dc变换器软开关电路及其装置
CN112072914B (zh) 一种用于混合储能的三端口直流变换器
CN106787900B (zh) 升压并网逆变器及其控制方法
CN1965469B (zh) 运行逆变器的方法和执行该方法的装置
CN111509976B (zh) 一种冗余容错Buck-Boost变换器
Sreeshobha et al. Performance analysis and comparison of PI controller and ANN controller of bidirectional DC/DC converter for hybrid electricvehicle system
CN211670790U (zh) 一种轨道列车应急通风逆变器电源
CN204967656U (zh) 一种车载电源逆变器
Dhananjaya et al. A new configuration of switch and source fault-tolerant dual-input single-output DC-DC converter
CN209233724U (zh) 一种大升压比组合结构电桥型阻抗网络dc/dc变换器
CN207853763U (zh) 一种负载测试用升降压式低纹波双向级联dcdc系统
Zhang et al. The topologies research of a soft switching bidirectional DC/DC converter
CN109494988B (zh) 一种大功率多相结构电桥型阻抗网络dc/dc变换器及控制方法
CN105743372A (zh) 一种输入电源叠加式直流充电的功率变换装置
Singh et al. Closed Loop Control of Isolated SEPIC Converter for EV Charging
Awais et al. Solar assisted, enhanced efficiency, induction motor EV drive with soft phase conversion
Samat et al. Modular Multilevel DC-DC Boost Converter for High Voltage Gain Achievement with Reduction of Current and Voltage Stresses
Saad et al. Simulation of breakdown voltage using LTSpice for boost converter application

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant