一種新型交錯并聯(lián)升降壓斬波電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于升降壓斬波電路，具體涉及一種新型交錯并聯(lián)升降壓斬波電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]顧名思義，升降壓斬波電路既有升壓功能也有降壓功能，根據(jù)輸入電壓的變化及時調(diào)整開關(guān)管的狀態(tài)，維持輸出的穩(wěn)定。Buck-Boost電路、Cuk電路、Sepic電路、Zeta電路是四種最常見的升降壓斬波電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中開關(guān)管都要承受著相對較高的電壓應(yīng)力，其中Buck-Boost電路中開關(guān)管承受2US(Us為輸入電壓，下同)的電壓應(yīng)力，其它三種升降壓斬波電路拓?fù)渲虚_關(guān)管承受Us+U。(U。為輸出電壓，下同)的電壓應(yīng)力；因此這些電路拓?fù)湓诟邏簣龊系氖褂镁褪艿搅艘欢ǖ南拗?，或者要采用更高電壓等級的開關(guān)管，這必然會造成產(chǎn)品成本的增加。
[0003]近年來，大功率電源系統(tǒng)的廣泛使用使得交錯并聯(lián)技術(shù)得到了快速的發(fā)展。交錯并聯(lián)技術(shù)因其具有低電流紋波、易于電磁干擾(EMI)設(shè)計、動態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)而常被應(yīng)用于一些電流較大的場合。從諸多文獻(xiàn)來看，傳統(tǒng)的交錯并聯(lián)升降壓斬波電路雖然具有結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，但該電路存在以下缺點(diǎn):①開關(guān)管電壓應(yīng)力為Us，當(dāng)Us較高時不利于開關(guān)管的選??；②各模塊電感電流不能自動均流，需進(jìn)行均流處理；③在一些輸入輸出電壓變換比大的場合，開關(guān)管需要工作在極端占空比狀態(tài)，不利于電路效率的提高，且限制了開關(guān)管工作頻率的提升。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]有鑒于此，本實用新型提供了一種新型交錯并聯(lián)升降壓斬波電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其可以降低開關(guān)管在工作過程中所承受的電壓應(yīng)力，電路可以工作于更高的電壓場合，延長使用壽命，降低成本，減小體積，提高系統(tǒng)可靠性。
[0005]本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:本實用新型交錯并聯(lián)升降壓斬波電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括電源Us、第一電容C1、第一電感L1、第一開關(guān)管S1'第二電容C2、第二開關(guān)管S2、第一開關(guān)管的體二極管01、第二開關(guān)管的體二極管D2、第二電感L2、第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4、第三開關(guān)管的體二極管D3、第四開關(guān)管的體二極管D4、開關(guān)電容Cf以及負(fù)載Ry其中，第一電容C1并聯(lián)在電源Us兩端，第一電感L i與第二電容C2、第二開關(guān)管S2、開關(guān)電容(^串聯(lián)后并聯(lián)在第一電容(^上；第一開關(guān)管S i漏極接在第一電感L i與第二電容C 2之間，源極接在電源Us負(fù)極；第二電感L2與第三開關(guān)管S3串聯(lián)，第二電感一端與電源正極相連；第三開關(guān)管S3的集電極接在第二電容C2與第二開關(guān)管S2之間；第四開關(guān)管SJI極接在第二電感L2與第三開關(guān)管S 3之間，源極接在電源Us負(fù)極。
[0006]本實用新型的有益效果有以下幾點(diǎn):第一點(diǎn)，電壓變換比高。新型的交錯并聯(lián)升降壓斬波電路無論是工作于Boost模式還是Buck模式，其電壓變換比都得到了提高，因而適用于要求大變換比的場合如儲能系統(tǒng)，電動車驅(qū)動等。第二點(diǎn)，具有與傳統(tǒng)交錯并聯(lián)升降壓斬波電路輸入輸出電流紋波小的特點(diǎn)。由于新型變換器的結(jié)構(gòu)與交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)類似，因而也具備輸入輸出電流紋波小的特點(diǎn)。第三點(diǎn)，開關(guān)元器件電壓應(yīng)力低。新型拓?fù)涞脑骷妷簯?yīng)力得到了大幅度地降低，因而有利于減小開關(guān)損耗。第四點(diǎn)，由于開關(guān)電容Cf的存在，新型升降壓斬波電路不管是工作于Boost模式還是Buck模式它都有自動均衡各相電感電流的功能。
【附圖說明】
[0007]圖1是本實用新型提供的一種新型交錯并聯(lián)升降壓斬波電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2是本實用新型交錯并聯(lián)升降壓斬波電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工作于Boost模式時的等效模態(tài)圖。
[0009]圖3是本實用新型交錯并聯(lián)升降壓斬波電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工作于Buck模式時的等效模態(tài)圖。
【具體實施方式】
[0010]結(jié)合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細(xì)描述。
[0011]圖1是本實用新型提供的一種新型交錯并聯(lián)升降壓斬波電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。電路結(jié)構(gòu)中包括電源Us、第一電容C1、第一電感L1、第一開關(guān)管S1、第二電容C2、第二開關(guān)管
S2、第一二開關(guān)管的體二極管D1D2、第二電感L2、第三電開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4、第三四開關(guān)管的體二極管D3D4、開關(guān)電容CfW及負(fù)載其中，第一電容C1并聯(lián)在電源Us兩端，第一電感L1與第二電容C 2、第二開關(guān)管S2、開關(guān)電容C#聯(lián)后并聯(lián)在第一電容C ;第一開關(guān)管SJI極接在第一電感L i與第二電容C2之間，源極接在電源U s負(fù)極；第二電感L 2與第三開關(guān)管S3串聯(lián)，電感一端與電源正極相連；第三開關(guān)管S 3的集電極接在第二電容C 2與第二開關(guān)管S2之間；第四開關(guān)管S 4漏極接在第二電感L 2與第三開關(guān)管S 3之間，源極接在電源Us負(fù)極。
[0012]上述連接關(guān)系上開關(guān)管是按照MOSFET的管腳名稱進(jìn)行說明的，若是其他類型的開關(guān)管，則管腳需要進(jìn)行相應(yīng)的更改。
[0013]開關(guān)管可以是IGBT、IPM,MOSFET等智能可控開關(guān)器件中一種，二極管可以是單獨(dú)的二極管模塊，也可以是IGBT等開關(guān)器件內(nèi)部集成的二極管器件。
[0014]以儲能系統(tǒng)為例，新型交錯并聯(lián)升降壓斬波電路應(yīng)用于儲能系統(tǒng)中時，Us為蓄電池端，負(fù)載為直流母線端，如圖1所示。此時新型交錯并聯(lián)升降壓斬波電路主要工作于兩種工作模式，即Boost模式和Buck模式。
[0015]當(dāng)電路工作于Boost模式時，其主要作用是為儲能系統(tǒng)右側(cè)的直流母線端提供能量，以維持直流母線電壓的穩(wěn)定，此時，開關(guān)管S1、SA開關(guān)管S 2、&的體二極管處于工作狀
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[0016]當(dāng)電路工作于Buck模式時，其目的是將直流母線側(cè)多余的能量回饋給蓄電池側(cè)為蓄電池充電，從而達(dá)到能量雙向流動的目的，此時，開關(guān)管s2、s3&開關(guān)管體二極管處于工作狀態(tài)。
[0017]Boost 模式。
[0018]當(dāng)新型交錯并聯(lián)升降壓斬波電路工作于Boost模式時，假定電路工作于連續(xù)導(dǎo)通模式(Continuous Conduct1n Mode，CCM)下，開關(guān)管SjP S 4采用移相控制策略，S1的占空比為屯，S4的占空比為d2，且0.5<d1= d2= d〈l(為實現(xiàn)新型交錯并聯(lián)升降壓斬波電路的大變換比，各相電感電流自動均流的功能，變換器工作于Boost模式時開關(guān)穩(wěn)態(tài)工作的占空比宜為0.5〈d〈l，與此類似，Buck模式開關(guān)工作的占空比宜為0〈d〈0.5)。則在一個開關(guān)周期內(nèi)，電路工作于Boost模式時它有4個工作模態(tài)，各模態(tài)的等效電路如圖2所示。
[0019]模態(tài)1:如圖2(a)所示，S4、D2導(dǎo)通，S:、D3關(guān)斷，電感L i及開關(guān)電容C {對負(fù)載供電，電源對電感L2充電，此時L2的電流i u不斷增大，電感L1的電流i jP開關(guān)電容電壓Urf下降。
[0020]模態(tài)2:如圖2(b)所示，Sp S4導(dǎo)通，D 2、D3關(guān)斷，電源對電感Lp L2充電，電感電流iu、L不斷增大，此時Cf處于電壓保持狀態(tài)，U M保持不變。
[0021]模態(tài)3:如圖2(c)所示，SpD3*于導(dǎo)通狀態(tài)，S 3、D2關(guān)斷，電源對電感L1充電，電感電流iu繼續(xù)增大，電感L2對開關(guān)電容Cf充電，Utf上升，電感電流i u下降。
[0022]模態(tài)4:與模態(tài)2相同。
[0023]Buck 模式。
[0024]當(dāng)新型交錯并聯(lián)升降壓斬波電路工作于Buck模式時，能量將由直流母線側(cè)(對應(yīng)于負(fù)載端)回饋到蓄電池側(cè)(對應(yīng)于Us端)，此時主要控制的是&和S 3這兩個開關(guān)管。假定電路工作于CCM模式下，開關(guān)管SjP S 3采用的是移相控制策略，其占空比分別為CU、Cl2OKd1= d2= d〈0.5)，因而在一個開關(guān)周期內(nèi)，電路的4個工作模態(tài)，各模態(tài)的等效電路如圖3所示。
[0025]模態(tài)1:如圖3(a)所示，S2、D3導(dǎo)通，S 3、D1關(guān)斷，電源對開關(guān)電容C f和電感L工充電，開關(guān)電容Cf±的電壓Uci上升，電感電流i u線性增大。電感L2通過二極管D 4為蓄電池充電，電流L不斷減小。
[0026]模態(tài)2:如圖3(b)所示，S2、S3處于關(guān)斷狀態(tài)，此時，電感L ^ 1^2分別通過流為蓄電池充電，開關(guān)電容處于電壓保持狀態(tài)其電壓仏^呆持不變。
[0027]模態(tài)3:如圖3 (C)所示，S3J1導(dǎo)通，S 2、D4關(guān)斷，開關(guān)電容Cf開始對電感L2充電，L2中的電流i u不斷增大，電壓U ^減小。此時電感L i通過D工續(xù)流為蓄電池充電。
[0028]模態(tài)4:與模態(tài)2相同。
【主權(quán)項】
1.一種新型交錯并聯(lián)升降壓斬波電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，包括電源Us、第一電容C1、第一電感L1、第一開關(guān)管S1、第二電容C2、第二開關(guān)管S2、第一開關(guān)管的體二極管D1、第二開關(guān)管的體二極管D2、第二電感L2、第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4、第三開關(guān)管的體二極管D3、第四開關(guān)管的體二極管D4、開關(guān)電容CfW及負(fù)載Ry其中，第一電容C1并聯(lián)在電源Us兩端，第一電感L1與第二電容C 2、第二開關(guān)管S2、開關(guān)電容Cf串聯(lián)后并聯(lián)在第一電容C ;第一開關(guān)管S1漏極接在第一電感L i與第二電容C2之間，源極接在電源Us負(fù)極；第二電感L2與第三開關(guān)管S3串聯(lián)，第二電感一端與電源正極相連；第三開關(guān)管S 3的集電極接在第二電容C2與第二開關(guān)管S 2之間；第四開關(guān)管S 4漏極接在第二電感L 2與第三開關(guān)管S 3之間，源極接在電源Us負(fù)極。
【專利摘要】本實用新型涉及了一種新型交錯并聯(lián)升降壓斬波電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括電源Us、第一電容C1、第一電感L1、第一開關(guān)管S1、第二電容C2、第二開關(guān)管S2、第一開關(guān)管的體二極管D1、第二開關(guān)管的體二極管D2、第二電感L2、第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4、第三開關(guān)管的體二極管D3、第四開關(guān)管的體二極管D4、開關(guān)電容Cf以及負(fù)載RL，其中，第一電容C1并聯(lián)在電源Us兩端，第一電感L1與第二電容C2、第二開關(guān)管S2、開關(guān)電容Cf串聯(lián)后并聯(lián)在第一電容C1上；第一開關(guān)管S1漏極接在第一電感L1與第二電容C2之間，源極接在電源Us負(fù)極；第二電感L2與第三開關(guān)管S3串聯(lián)，第二電感一端與電源正極相連；第三開關(guān)管S3的集電極接在第二電容C2與第二開關(guān)管S2之間；第四開關(guān)管S4漏極接在第二電感L2與第三開關(guān)管S3之間，源極接在電源Us負(fù)極。該結(jié)構(gòu)可以降低開關(guān)管在工作過程中所承受的電壓應(yīng)力，電路可以工作于更高的電壓場合，延長使用壽命、降低成本，減小體積、提高系統(tǒng)可靠性。
【IPC分類】H02M1/14, H02M3/155
【公開號】CN204633600
【申請?zhí)枴緾N201520320667
【發(fā)明人】董霞光, 王賓, 宋江峰, 王筱劍, 宋偉男, 程軍輝
【申請人】安徽理工大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月18日