CN211296562U - 级联式直流电压源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力电子控制领域，尤其是涉及级联式直流电压源，包括M个直流变换器进行串联，所述M个直流变换器中包括有至多一个低压输出的直流变换器和至少M‑1个高压输出的直流变换器；通过引入一个低压输出的直流变换器与多个高压输出的直流变换器进行串联，输出覆盖到了更低电压，同时通过专利算法控制直流变换器工作点位置，达到提高输出稳态、动态性能特性，降低工作损耗，提高直流电源的可靠性。

Description

级联式直流电压源

技术领域

本实用新型涉及电力电子控制领域，尤其是涉及级联式直流电压源。

背景技术

随着电力电子技术的发展，其应用范围拓展到高压领域，高压领域的电力电子装备测试、验证就需要高电压输出的直流电压源做配套，引起高电压输出的直流电压源需求量增加；一般的高压直流源常用三电平或级联两种方式实现，以达到用低压器件实现高压输出的效果。

目前，级联的方式实际上是用通常的直流变换器进行串联叠加，直流变换器与直流变换器之间通过控制电路进行控制，从而起到改变直流变换器的串联个数来控制输出电压值，具有控制简便、电路简单、器件应力低的优点；级联式直流电源均采用相同的直流变换器进行串联叠加，每个直流变换器具有相同的输出电压范围：Voutmin～Voutmax，当有n个直流变换器级联时，总的输出电压范围则是Voutmin～n*Voutmax；为了保障良好的稳态、动态性能，一般情况下， Voutmax小于等于两倍的Voutmin，考虑到兼容性，Voutmax多是等于两倍的 Voutmin，所以单个直流变换器的输出电压范围可表示为：1/2Voutmax～Voutmax，直流电源的输出电压范围为：1/2Voutmax～nVoutmax；直流变换器多是Buck降压电路的变形，如常用的正激、半桥、全桥隔离电路，它们的工作特性与Buck 降压电路相同，所以它们的最佳输出电压工作点就是额定最大输出电压值： Voutmax，通常建议工作电压点在3/4Voutmax～Voutmax范围内。

但是现有的级联方式存在直流电压源的输出电压精度低，电压输出范围不能覆盖更低电压，成本高等问题。

实用新型内容

本实用新型为克服上述情况不足，旨在提供一种能解决上述问题的技术方案。

级联式直流电压源，包括M个直流变换器进行串联，所述M个直流变换器中包括有至多一个低压输出的直流变换器和至少M-1个高压输出的直流变换器。

进一步的，所述高压输出的直流变换器具有相同的输出电压范围。

进一步的，所述低压输出的直流变换器的最低电压输出值小于高压输出的直流变换器的最低电压输出值。

进一步的，所述M是大于0的整数。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

通过引入一个低压输出的直流变换器与多个高压输出的直流变换器进行串联，输出覆盖到了更低电压，同时通过专利算法控制直流变换器工作点位置，达到提高输出稳态、动态性能特性，降低工作损耗，提高直流电源的可靠性。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的一些实施例，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是本实用新型的电源架构图；

图2是本实用新型的一种流程框图；

图3是本实用新型的另一种流程框图。

具体实施方式

下面将对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1～3，本实用新型实施例中，级联式直流电压源，包括M个直流变换器进行串联，所述M个直流变换器中包括有至多一个低压输出的直流变换器和至少M-1个高压输出的直流变换器。

进一步的，所述高压输出的直流变换器具有相同的输出电压范围。

进一步的，所述低压输出的直流变换器的最低电压输出值小于高压输出的直流变换器的最低电压输出值。

进一步的，所述M是大于0的整数。

在此基础上，本实用新型为了更好的解释技术手段，还可以通过以下实施例来更进一步说明：

【实施例1】

确定直流变换器的电压输出范围：确定高压输出的直流变换器和低压输出的直流变换器的电压输出范围以及建议工作电压范围，对高压输出的直流变换器和低压输出的直流变换器的电压输出范围的最大值和最小值以及建议工作电压范围的最大值和最小值进行倍数统一换算；

确定直流变换器的个数：将需要使用的输出电压除以高压输出的直流变换器的最高电压值，当所得值为整数时，则直接取所得值为直流变换器的个数M，当所得值出现小数点时，则取整数部分的值进一后得到的值为直流变换器的个数M；

确定是否启用低压输出的直流变换器：当用M个高压输出的直流变换器直接工作，需要单个输出电压大于建议工作电压的最小值时，说明高压输出的直流变换器在建议工作电压区域，则不启用低压输出的直流变换器；当启用低压输出的直流变换器后，剩下的M-1个高压输出的直流变换器无法输出需要使用的输出电压减去高压输出的直流变换器的最低电压后的电压值时，则不启用低压输出的直流变换器；其他情况下则可启用低压输出的直流变换器；

确定低压输出的直流变换器的输出电压工作值：当低压输出的直流变换器的输出电压在最低建议工作电压时，剩下的M-1个高压输出的直流变换器共同输出电压的值高于所述需要使用的输出电压减去所述低压输出的直流变换器的最低建议工作电压后所得的值时，则所述低压输出的直流变换器的电压工作值为最低建议工作电压；否则将工作在最高建议工作电压值。

在此基础上，本实用新型为了更好的解释算法步骤，还可以通过以下实施例来更进一步说明。

【实施例2】

如图2所示，首先，引入的低压输出的直流变换器最高输出电压Voutmax_low 为原有高压输出的直流变换器的Voutmax的一半，确保输出电压可连续可调，则它的输出电压范围为1/4Voutmax～1/2Voutmx,它的建议工作电压点在 3/8Voutmax～1/2Voutmax范围内,由它和(n-1)个原直流变换器组成的直流电源输出电压范围为：1/4Voutmax～(n-1/2)Voutmax；为了描述方便，这里将Voutmax 简写为K，高压输出的直流变换器简写为类型1直流变换器，低压输出的直流变换器简写成类型2直流变换器，需要实用的输出电压为Vout＝T；

其次，确定需要多少个直流变换器串联工作；M等于输出电压值(T)除以直流变换器的最高电压值(K)进一后得到值；

然后，确定是否启用低压输出的直流变换器；当用M个类型1直流变换器直接工作，需要单个输出电压大于等于0.75K时，说明类型1直流变换器工作在建议工作点区域，性能特性良好，则不用启用类型2直流变换器；当启用类型2直流变换器工作后，剩下的M-1个类型1直流变换器无法输出T-0.5K这么高的电压时，同样启用M个类型1直流变换器工作，不能启动类型2直流变换器；其他情况则需启用类型2直流变换器工作；

最后，确定低压输出的直流变换器的输出电压工作点；当类型2直流变换器工作在最低输出电压建议工作点0.375K，剩下的M-个类型1直流变换器可以输出T-0.375K这么高的电压时，则将类型2直流变换器输出电压工作点为 0.375K，否则就工作在0.5k。

【实施例3】

如图3所示，本实用新型引入的另一种低压输出的直流变换器最高输出电压Voutmax_low为原有直流变换器的Voutmax的0.75倍,确保输出电压可连续可调,而它的输出电压范围为1/4Voutmax～3/4Voutmax,它的建议工作电压点在 1/2Voutmax～3/4Voutmax范围内,由它和(n-1)个原直流变换器组成的直流电源输出电压范围为：1/4Voutmax～(n-1/4)Voutmax，比以前具有更低的输出电压，更进一步提高了直流电源的适用性、灵活性。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

Claims (4)

1.级联式直流电压源，包括M个直流变换器进行串联，其特征在于，所述M个直流变换器中包括有至多一个低压输出的直流变换器和至少M-1个高压输出的直流变换器。

2.根据权利要求1所述的级联式直流电压源，其特征在于，所述高压输出的直流变换器具有相同的输出电压范围。

3.根据权利要求1所述的级联式直流电压源，其特征在于，所述低压输出的直流变换器的最低电压输出值小于高压输出的直流变换器的最低电压输出值。

4.根据权利要求1所述的级联式直流电压源，其特征在于，所述M是大于0的整数。

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