一種升壓變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種升壓變換器，包括：Ｎ路串聯(lián)連接的電感和二極管，Ｎ個功率開關(guān)和一個電容；每路二極管的陽極與串聯(lián)連接的電感的第一端連接，每個二極管的陰極均與所述電容的第一端連接，所述電容的第二端與地線連接，每個二極管的陽極與所述地線之間連接一個功率開關(guān)，每個電感的第二端均與正電壓輸入端連接，每個二極管的陰極均與正電壓輸出端連接；在工作期間，采用脈沖寬度調(diào)制ＰＷＭ控制方式驅(qū)動所述Ｎ個功率開關(guān)工作，在每個開關(guān)周期內(nèi)，所述Ｎ個功率開關(guān)的驅(qū)動脈沖依次相差360／Ｎ度，其中Ｎ≥2，Ｎ為整數(shù)。
【專利說明】一種升壓變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及變換器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種升壓變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]參見圖1，為傳統(tǒng)的升壓D C / D C變換器的電路圖，該升壓D C / D C變換器 由電感L、二極管D、功率開關(guān)S及電容C組成。通過調(diào)節(jié)功率開關(guān)S的占空比，以實現(xiàn)對 D C / D C變換器的升壓控制，具體的，在充電過程中，功率開關(guān)S閉合，輸入電流流過電 感L，電感L上的電流以一定的比率線性增加，隨著電感L電流增加，電感L上便存儲了能 量。在放電過程中，功率開關(guān)S斷開，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感L的電流不會馬 上變?yōu)?，而是緩慢的由充電完畢時的值逐漸變小，在此過程中，電感L開始給電容C充電， 電容C兩端電壓升高；如果這個通斷的過程不斷重復，就可以在電容C兩端得到高于輸入 電壓的電壓。
[0003]但是，受到外形等因素的限制，電感的電感量不可能設計的比較大，所以這會造成 D C / D C變換器的紋波系數(shù)較大；如果使傳統(tǒng)的D C / D C變換器滿足紋波系數(shù)的要 求，勢必要求增大電感量，但是這會造成電感的體積增大，D C / D C變換器的能量密度也 會比較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明實施例的主要目的在于提供一種升壓變換器，在不增加電感體 積的基礎上，以實現(xiàn)減小D C / D C變換器的紋波系數(shù)的目的。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供了 一種升壓變換器，包括：N路串聯(lián)連接的電 感和二極管，N個功率開關(guān)和一個電容；
[0006]每路二極管的陽極與串聯(lián)連接的電感的第一端連接，每個二極管的陰極均與所述 電容的第一端連接，所述電容的第二端與地線連接，每個二極管的陽極與所述地線之間連 接一個功率開關(guān)，每個電感的第二端均與正電壓輸入端連接，每個二極管的陰極均與正電 壓輸出端連接；
[0007]在工作期間，采用脈沖寬度調(diào)制PWM控制方式驅(qū)動所述N個功率開關(guān)工作，在 每個開關(guān)周期內(nèi)，所述N個功率開關(guān)的驅(qū)動脈沖依次相差360 / N度，其中N≤2，N為整數(shù)。
[0008]優(yōu)選地，在上述升壓變換器中，
[0009]所述電感的鐵芯至少包括 兩段鐵芯，每段鐵芯按照設定形狀依次連接，相連兩段 鐵芯間形成縫隙。
[0010]優(yōu)選地，在上述升壓變換器中，
[0011]所述電感的鐵芯為非晶態(tài)合金的鐵芯。
[0012]優(yōu)選地，在上述升壓變換器中，
[0013]所述電感的繞線為銅帶。[0014]優(yōu)選地，在上述升壓變換器中，所述升壓變換器還包括:第一電流傳感器和第二電流傳感器；
[0015]所述第一電流傳感器安裝在正電壓輸入線上；
[0016]所述第二電流傳感器安裝在正電壓輸出線上；
[0017]所述第一電流傳感器和所述第二電流傳感器，用于采集電流信號，以便利用所述電流信號所述N個功率開關(guān)的驅(qū)動脈沖。
[0018]優(yōu)選地，在上述升壓變換器中，
[0019]采用差分電路采集所述正電壓輸入端與地線之間的電壓，并采集所述正電壓輸出端與地線之間的電壓。
[0020]優(yōu)選地，在上述升壓變換器中，所述升壓變換器還包括:快速熔斷器；
[0021 ] 所述快速熔斷器串聯(lián)在所述電容與所述第二電流傳感器之間；
[0022]所述快速熔斷器，用于在流經(jīng)的電流大于預設電流時，控制自身熔斷以切斷電流。
[0023]優(yōu)選地，在上述升壓變換器中，所述功率開關(guān)為I G B T功率開關(guān)管。
[0024]可見，本發(fā)明實施例提供的升壓變換器，在工作期間，采用脈沖寬度調(diào)制P WM控制方式驅(qū)動所述N個功率開關(guān)工作，在每個開關(guān)周期內(nèi)，所述N個功率開關(guān)的驅(qū)動脈沖依次相差360 / N度，此控制方式相當于把D C / D C變換器的開關(guān)頻率提高了 4倍，從而減小了紋波。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1為現(xiàn)有D C / D C變換器的電路圖；
[0027]圖2為本發(fā)明實施例D C / D C變換器的電路圖；
[0028]圖3為本發(fā)明實施例移相脈沖調(diào)制示意圖；
[0029]圖4本發(fā)明實施例電感鐵芯分段示意圖；
[0030]圖5本發(fā)明實施例用于采集電壓的差分電路示意圖。
【具體實施方式】
[0031]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0032]本發(fā)明實施例提供的升壓變換器，包括:N路串聯(lián)連接的電感和二極管，N個功率開關(guān)和一個電容；
[0033]每路二極管的陽極與串聯(lián)連接的電感的第一端連接，每個二極管的陰極均與所述電容的第一端連接，所述電容的第二端與地線連接，每個二極管的陽極與所述地線之間連接一個功率開關(guān)，每個電感的第二端均與正電壓輸入端連接，每個二極管的陰極均與正電壓輸出端連接；
[0034]在工作期間，采用脈沖寬度調(diào)制P WM控制方式驅(qū)動所述N個功率開關(guān)工作，在每個開關(guān)周期內(nèi)，所述N個功率開關(guān)的驅(qū)動脈沖依次相差360 / N度，其中N≥2，N為整數(shù)。
[0035]此外，所述升壓變換器還包括:第一電流傳感器和第二電流傳感器；
[0036]所述第一電流傳感器安裝在正電壓輸入線上；所述第二電流傳感器安裝在正電壓輸出線上；
[0037]所述第一電流傳感器和所述第二電流傳感器，用于采集電流信號，以便利用所述電流信號所述N個功率開關(guān)的驅(qū)動脈沖。
[0038]其中，所述功率開關(guān)可以為1 G B T功率開關(guān)管或是其它開關(guān)管。
[0039]此外，所述升壓變換器還包括:快速熔斷器；所述快速熔斷器串聯(lián)在所述電容與所述第二電流傳感器之間；所述快速熔斷器，用于在流經(jīng)的電流大于預設電流時，控制自身熔斷以切斷電流。
[0040]為了更方便的了解本發(fā)明實施例，下面舉例說明:
[0041]參見圖2，為本發(fā)明實施例提供的升壓D C / D C變換器的電路圖，D C / D C變換器主電路包括:電感L 1、電感L 2、電感L 3和電感L 4，二極管Q 1.2、二極管Q 2.2、二極管Q 3.2和二極管Q 4.2，I GB T功率開關(guān)管Q 1.1、I GB T功率開關(guān)管Q 2.1、I GB T功率開關(guān)管Q 3.1和I GB T功率開關(guān)管Q 4.1，以及一個電容C I。它們的連接關(guān)系如下:
[0042]電感L I的第一端與二極管Q 1.2的陽極連接，電感L 2的第一端與二極管Q 2.2的陽極連接，電感L 3的第一端與二極管Q 3.2的陽極連接，電感L 4的第一端與二極管Q
4.2的陽極連接；二極管Q 1.2、二極管Q 2.2、二極管Q 3.2和二極管Q 4.2的陰極均與電容C I的第一端連接；電容C I的第二端與地線連接；I G B T功率開關(guān)管Q 1.1并聯(lián)在電容C I與二極管Q 1.2的兩端，I G B T功率開關(guān)管Q 2.1并聯(lián)在電容C I與二極管Q
2.2的兩端，I G B T功率開關(guān)管Q 3.1并聯(lián)在電容C I與二極管Q 3.2的兩端，IGBT功率開關(guān)管Q 4.1并聯(lián)在串聯(lián)連接的電容C I與二極管Q 4.2的兩端。
[0043]該D C / D C變換器主電路的特點在于采用了四重并聯(lián)的連接方式，即:電感L1、I GB T功率開關(guān)管Q 1.1和二極管Q 1.2作為第一個單元模塊，電感L 2、I GB T功率開關(guān)管Q 2.1和二極管Q 2.2作為第二個單元模塊，電感L 3、I G B T功率開關(guān)管Q
3.1和二極管Q 3.2作為第三個單元模塊，電感L 4、I G B T功率開關(guān)管Q 4.1和二極管Q 4.2作為第四個單元模塊，這四個單元模塊并聯(lián)連接?；谶@種四重并聯(lián)連接方式，本發(fā)明實施例采用了脈沖寬度調(diào)制P WM的控制方式，實現(xiàn)了四重90度移相的控制方式，即
Q 1.1 - Q 4.1的驅(qū)動脈沖依次相差90度。參見圖3所示的移相脈沖調(diào)制示意圖，可根據(jù)實際需求調(diào)節(jié)I G B T功率開關(guān)管的占空比D = T ο n / T s，其中，T s為I G B T功率開關(guān)管的工作周期，T ο η為I G B T功率開關(guān)管的導通時間。
[0044]在工作過程，該D C / D C變換器在一個開關(guān)周期內(nèi)可分為4個模態(tài)。
[0045]模態(tài)I ( t I與t 2之間):I G B T功率開關(guān)管Q 1.1和Q 4.1閉合，二極管Q
1.2與Q 4.2反向截止，為電感L I和L 4存儲能量；同時，I G B T功率開關(guān)管Q 2.1和Q 3.1斷開，二極管Q 2.2與Q 3.2導通，電感L 2和電感L 3給電容C I充電。
[0046]模態(tài)2 ( t 2與t 3之間):I G B T功率開關(guān)管Q 1.1和Q 2.1閉合，二極管Q
1.2與Q 2.2反向截止，為電感L I和L 2存儲能量；同時，I G B T功率開關(guān)管Q 3.1和Q 4.1斷開，二極管Q 3.2與Q 4.2導通，電感L 3和電感L 4給電容C I充電。
[0047]模態(tài)3 ( t 3與t 3之間):I G B T功率開關(guān)管Q 2.1和Q 3.1閉合，二極管Q
2.2與Q 3.2反向截止，為電感L 2和L 3存儲能量；同時，I G B T功率開關(guān)管Q 1.1和Q 4.1斷開，二極管Q 1.2與Q 4.2導通，電感L I和電感L 4給電容C I充電。
[0048]模態(tài)4 ( t 4與t 5之間):I G B T功率開關(guān)管Q 3.1和Q 4.1閉合，二極管Q
3.2與Q 4.2反向截止，為電感L 3和L 4存儲能量；同時，I G B T功率開關(guān)管Q 1.1和Q 2.1斷開，二極管Q 1.2與Q 2.2導通，電感L I和電感L 2給電容C I充電。
[0049]可見，與現(xiàn)有技術(shù)相比，此控制方式相當于把D C / D C變換器的開關(guān)頻率提高了 4倍，從而減小了紋波。此外，采用本發(fā)明實施例提供的D C / D C變換器，可以減小各個電感的電感量來滿足D C / D C變換器對紋波的要求，從而達到減小電感的體積和重量的目的。
[0050]另外，該D C / D C變換器主電路還包括；第一電流傳感器S I 1、第二電流傳感器S I 2和快速熔斷器F U 1，第一電流傳感器S I I串聯(lián)在正電壓輸入端與各個電感的第二端之間，第二電流傳感器S I 2和快速熔斷器F U I串聯(lián)在電容與正電壓輸出端之間。
[0051]進一步地，如果按照傳統(tǒng)的電感設計方式，電感損耗很大，且工作效率較低。本發(fā)明實施例對電感進行了以下改進:
[0052]第一、電感鐵芯的改進
[0053]首先，電感的鐵芯為非晶態(tài)合金的鐵芯；其次，所述電感的鐵芯至少包括兩段鐵芯，每段鐵芯按照設定形狀依次連接，相連兩段鐵芯間形成縫隙。參見圖4所示的電感鐵芯分段示意圖，假設電感鐵芯為U形鐵芯，將其分成若干段，段與段之間便形成了間隙，這樣就增加了鐵芯的磁通密度，本發(fā)明實施例的電感采用了分段設計，能有效降低電感的鐵耗；并且鐵芯的外形調(diào)節(jié)變得很方便，通過調(diào)節(jié)鐵芯外形可減小電感的體積。
[0054]第二、電感繞線的改進
[0055]電感的繞線摒棄了以往的漆包線，采用了銅帶繞線，銅線的表面積比漆包線大，繞線可以更加緊固，所以電感體積減小了且電感集膚效應的影響也降低了 ；由于集膚效應降低，所以電感的銅耗也減小了。
[0056]進一步的，本發(fā)明實施例采用差分電路采集所述正電壓輸入端與地線之間的電壓，并采集所述正電壓輸出端與地線之間的電壓。
[0057]在D C / D C變換器的實際應用中，需要對D C / D C變換器的電壓進行采樣，本發(fā)明實施例的D C / D C變換器沒有采用電壓傳感器，而是采用差分電路進行電壓的直接采樣，這樣的方式不但節(jié)約了D C / DC變換器中采樣電路的體積又降低了成本。參見圖5為本發(fā)明實施例提供的用于采集電壓的差分電路示意圖，該差分電路采集的電壓信號可直接送入D C / DC變換器控制板使用。
[0058]可見，本發(fā)明實施例提供的升壓變換器，在工作期間，采用脈沖寬度調(diào)制P WM控制方式驅(qū)動所述N個功率開關(guān)工作，在每個開關(guān)周期內(nèi)，所述N個功率開關(guān)的驅(qū)動脈沖依次相差360 / N度，此控制方式相當于把D C / D C變換器的開關(guān)頻率提高了 4倍，從而減小了紋波。
[0059]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0060]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種升壓變換器，其特征在于，包括:N路串聯(lián)連接的電感和二極管，N個功率開關(guān)和一個電容； 每路二極管的陽極與串聯(lián)連接的電感的第一端連接，每個二極管的陰極均與所述電容的第一端連接，所述電容的第二端與地線連接，每個二極管的陽極與所述地線之間連接一個功率開關(guān)，每個電感的第二端均與正電壓輸入端連接，每個二極管的陰極均與正電壓輸出端連接； 在工作期間，采用脈沖寬度調(diào)制P WM控制方式驅(qū)動所述N個功率開關(guān)工作，在每個開關(guān)周期內(nèi)，所述N個功率開關(guān)的驅(qū)動脈沖依次相差360 / N度，其中N≥2，N為整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升壓變換器，其特征在于， 所述電感的鐵芯至少包括兩段鐵芯，每段鐵芯按照設定形狀依次連接，相連兩段鐵芯間形成縫隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的升壓變換器，其特征在于， 所述電感的鐵芯為非晶態(tài)合金的鐵芯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升壓變換器，其特征在于， 所述電感的繞線為銅帶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升壓變換器，其特征在于，所述升壓變換器還包括:第一電流傳感器和第二電流傳感器； 所述第一電流傳感器安裝在正電壓輸入線上； 所述第二電流傳感器安裝在正電壓輸出線上； 所述第一電流傳感器和所述第二電流傳感器，用于采集電流信號，以便利用所述電流信號所述N個功率開關(guān)的驅(qū)動脈沖。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的升壓變換器，其特征在于， 采用差分電路采集所述正電壓輸入端與地線之間的電壓，并采集所述正電壓輸出端與地線之間的電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1述的升壓變換器，其特征在于，所述升壓變換器還包括:快速熔斷器； 所述快速熔斷器串聯(lián)在所述電容與所述第二電流傳感器之間； 所述快速熔斷器，用于在流經(jīng)的電流大于預設電流時，控制自身熔斷以切斷電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1述的升壓變換器，其特征在于，所述功率開關(guān)為IG B T功率開關(guān)管。
【文檔編號】H02M3/158GK103532386SQ201310546110
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】毛懿坪, 彭再武, 王堅 申請人:湖南南車時代電動汽車股份有限公司