专利名称：直流斩波电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力电子变换技术领域，尤其是涉及到将一种直流电直接变
换成另一种直流电的直接变换电路(DC/DC)。
技术背景 直流斩波电路(DC Chopper)的功能是将一种直流电压变换成另一种固定 电压或可调的直流电压、也称为直接直流-直流变换器(DC/DC Converter).。现有基本直流斩波 电路在电力电子教课书上仅有6种电路1)降压斩波电路(Buck Chopper); 2)升压斩波 电路(Boost Chopper); 3)升降压斩波电路(Buck-Boost Chopper); 4)升降斩波电路(Cuk Chopper); 5)升降斩波电路(Sepic Chopper); 6)升降斩波电路(Zeta Chopper)。它们在英文 文献中分另嘛Buck Converter; Boosk Converter; Buck-Boosk Converter; Cuk Converter; Sepic Converter; Zeta Cobverter.。中国人也称它们为Buck变换器、Boost变换器、Buck-Boost 变换器、Cuk变换器、Sepic变换器和Zeta变换器。这些在世界电工教课书上的直流斩波电 路和变换器都是外国人发明的基础直流斩波电路，并且都是采用调节开关周期通断比的脉宽 调节输出电压的直流斩波电路。它们都必须要有一个相对于斩波周期来说很大的电感。由于 电感的成本高、体积大、不便于集成，并且易产生漏磁而影晌环境，因此，影响集成的体积 小型化，中国人能否发明一种没有电感或者相对于来说电感值很少的直流斩波电路，能否发 明一种不采用调宽方式而采用调频方式调节输出电压的直流斩波电路，而在世界直流斩波电 路中独树一个无感或者小感的调节频率为主的直流斩波电路呢？经过多年努力研究，本发明 提出的直流斩波电路和变换器就是主要采用调节频率的方式调节输出电压的直流斩波电路， 也可称龚氏直流斩波电路(Gong's Chopper)或龚氐变换器(Gong's Converter)"由于它是一 种无感或小感的直流斩波电路，具有体积小、重量轻和便于集成等优点，存在着很大优势， 具广泛应用前景。
{三}发明内容本发明的直流斩波电路由直流电源、两个开关器件及其控制电路、;军 少l个充放电电容、至少2个二极管、小电感、负载及其滤波容部分组成，它有反极性输出 和同极性输出两种类型，其特征在于两个开关器件为互补导通，第一开关器件控制电容充 电，第二开关控制电容向负载放电，主要用调节开关频率来调节负载电压和电流大小。
一种反极性输出的无感直流斩波电路，它由直流电源E、 2个互补导通的开关器件V1和 V2、 2个二极管D1和D2、 1个变换电容C1和负载R及其并联的滤波电容C组成，其特征 在于VI阳极与E正端相接，Cl 一端、VI阴极与V2阳极三端相接，Cl另一端、Dl阳极 与D2阴极三端相接，R—端、D2阳极与C负极三端相接，V2阴极、Dl阴极、C的正极、 R另一端与E的负极四端相接。
一种反极性输出的小感直流斩波电路，它由直流电源E、 2个互补导通的开关器件V1乖
V2、 2个二极管D1和D2、 1个变换电容C1、 1个小电感L和负载R及其并联滤波电容C组 成，其特征在于VI与E正端相接，L与Cl 二端相接，L另一端与VI阴极、V2阳极相 连三端相接，，Cl另一端、Dl阳极与D2阴极三端相接，R—端、D2阳极与C负极三端相 接，V2阴极、Dl阴极、C的正极、R另一端与E负极四端相接。
一种同极性输出的无感直流斩波电路，它由直流电源E、 2个互补导通的开关器件V1和 V2、 2个二极管D1和D2、 1个变换电容C1和负载R及其滤波电容C组成，其特征在于 VI与E正端相接，Cl 一端与VI阴极、V2阳极三端相接，Cl另一端与Dl阳极、D2阴极 三端相接，Dl阴极、V2阴极、R—端与C正极四端相接，D2阳极、R另一端、C负极与E 负端四端相接。
本发明的同极性和反极性直流斩波电路都可以拓扑出多种电路相同极性输出直流斩波
电路有(a)输出平均电流是输入平均电流的n倍的直流斩波电路。(b)输出平均电流是输入平 均电流的(n+l)倍的直流斩波电路。反极性输出直流斩波电路，它的输出平均电流是输入平均 电流的n倍。上述电路中n为1、 2、 3、 4、 5——自然数。
本发明是应用电容充电储能和放电放能原理设计的。电源E先通过第一个电子开关VI 将n个电容量相同的电容串联充电，在每个电容上得到的最高平均电压是充电电源电压的 E/n.，再将n个电容通过第二个电子开关V2和各自的二极管放电回路同时向负载放电，n个 电容向负载放电的总电流就等于电源向n个串联电容充电电流的n倍。如果n个串联电容的 充电电流不经过负载，那末负载上只能获得充电电流平均值的n倍，如果使n个电容串联充 电电流经过负载，那末负载上还可获得n+l倍充电电流'平均值，本发明就是应用上述公知原 理设计的一些直流斩波电路，它是一种成整倍数倍流的直流斩波电路。
本发明有可能为电工、电力电子技术电路教学教增添一类新的无感和小感直流斩波电 路，为直流斩波电路教学章节的改写提供原创新史料。通过
就可以进一步了解本发 明的目的，以及本发明的特征与优点等。
附图1是本发明的两种极性输出的无感和小感的直流斩波电路图。附图 2是本发明的三倍流反极性输出的无感直流斩波电路图。附图3是本发明的四倍流同极性输 出的无感直流斩波电路图。附图4是本发明的四倍流同极性输出的小感直流斩波电路图。附 图5是本发明的三倍流同极性输出的无感直流斩波电路图。
附图l(a)电路工作原理如下两个开关器件VI和'V2为互补导通，当VI导通、V2关 闭时，电源E通过V1、 Cl禾tlDl充电，Cl上可获得的最高电压接近于电源电压E之后，关 闭V1再使V2导通，此时电容上的电压通过V2和D2向负载和滤波电容C放电，因而在负 载输出两端获得一个与电源E极性相反的电压，调节VI和V2的开关频率就可以调节输出反
极性直流电压的大小，此电路最高输出电压不可能达到等于电源E值，因为V1、 V2、 Dl、 D2都有内阻压降存在。在很多场合我们都希望能够获得与输入电源极性相反而电压值相等的 反极性电源，也就是由E电源获得正负对称的双E电源。附图l(b)所示的小电感直流斩波电 路就能获得电压值等于电源E的反极性电源电路，它的原理是应用Cl、 L、 Dl串联谐振充 电，能使C1上的电压充到高于电源E的特性，就可以在输出端获得高于E的平均电压。它与 现有几种能获得正负双电源的直流斩波电路相比较，此电路中的电感不但没有直流分量，而 且所需电感体积和重量都可小一数量级，便于集成小型化，因此具有广泛的应用前景。附图 l(c)所示的是本发明同极性输出的无感直流斩波电路，其工作原理如下两个开关器件V1 和V2为互补导通，当V1导通、V2不导通时，电源E通过V1、 Cl、 Dl和负载充电，当关 断V1，使V2导通时，电容C1上的电压就通过V2、 D2向输出负载放电，由于C1的充电电 流和放电电流都经过输出负载，因此输出负载上的直流电流平均值就等于输入电源电流平均 值的2倍，而输出负载的平均电压至少要降低一半以上，因此，它就称为二倍流降压直流斩 波电路，调节V1和V2的开关频率就可调节输出电压。
附图1的直流斩波电路在输出电压与输入电压相差很大时，输出电压滤波就比较困难， 输出电流也就限止，为解决这个难题，本发明应用同一发明人发明(公开号CN1067770A) 的电容倍流整流电路来对该电路进行拓扑改进.，附图2、 3、 4、和5就是本发明的几个拓扑 无感或小感的直流斩波电路。
具体实施方式
附图2是本发明的三倍流反极性输出的无感直流斩波电路，它是 在附图l(a)反极性输出的无感直流斩波电路上增加6个二极管D3 D8和2个倍流电容C2、 C3， 由图可知在V1导通，V2不通时，电源E的充电电路是C3、 D7、 C2、 D4、 Cl、 Dl，三个等值电容，各个电容上获得最高电压仅为E的三分之一，在V2导通，Vl关闭时， C1通过D2、 D3禾卩V2; C2通过D5、 D6禾卩V2; C3通过D8和V2，同时向输出二端(R//C) 放电，其放电总电流平均值是充电电流的3倍，最高输出电接近E/3 ,为了达到E/3，可以和 附图l(b)—样在充电回路中串入l个谐振充电小电感L,因此调节充放电频率其输出电压可在 0 E/3之间调节。由图可从清楚看出，每增加或减少1个电容和3个二极管，就能增加或减 少一级倍流，降低或增加一级最高输出电压值。我们可以根据电源电压和输出最高电压的比 例关系，选泽倍流电容的个数来使输出电压的波纹电压最小，例如电源电压为300伏，要求 输出反极性90伏，就可以采用附图2的三倍流反极性输出的无感直流斩波电路。
附图3本发明的四倍流同极性输出的无感直流斩波电路，它是附图l(c)同极性输出的无 感直流斩波电路上增加6个二极管D3 D8和2个倍流电容C2、 C3，由图可知在VI导通， V2不通时，电源E的充电电路是C3、 D7、 C2、 D4、 Cl、 Dl和负载，三个等值电容，各个
电容上获得最高电压仅为E的四分之一，在V2导通，VI关闭时，C1通过D2、 D3禾PV2; C2通过D5、 D6和V2; C3通过D8禾卩V2，同时向输出二端(R//C)放电，其放电总电流平 均值是充电电流的3倍，加上l倍充电电流，输出二端就可获得四倍的输入电流，因此称四 倍流直流斩波电路，它的最高输出电接近E/4 ，因此调节充放电频率其输出电压可在0 E/4 之间调节，适用于低于E/4同极性直流斩波输出场合。由图可从清楚看出，每增加或减少l 个电容和3个二极管，就能增加或减少一级倍流，降低或增加一级最高输出电压值。我们可 以根据电源电压和输出最高电压的比例关系，选泽倍流电容的个数来使输出电压的波纹电压 最小，例如电源电压为400伏，要求输出反极性90伏，就可以采用附图3的四倍流同极性输 出的无感直流斩波电路。
附图4是在附3直流斩波电路上增加了一个1: 3带中间抽头的小电感来限止电容充电 和放电时的对开关冲击电流，其工作原理与附图3基本相同，由于电容充电电流和向输出负 载的放电总平均电流存在着l: 3的关系，因此，即使采用闭合磁路的磁芯做电感，也不存在 着直流磁化的问题。同样可以增加或减少3个二极管和1个电容，使此电路增加或减少一级 倍流，此带中间抽头电L的抽头比例也要随着改变。
附图5所示的是本发明同极性输出三倍流的无感直流斩波电路，附图l (c)电容充电 电流是经过输出负载的，而附图5中电容充电电流是不经过输出负载的，其工作原理相类同 不多作说明附图5的充电回路中同样可以串入小电感使它产生谐振充电，使输出电压略有提 高.
由以上的附图和实施方式可知,本发明的无感和小感直流斩波电路都有正极性输出和 反极性输出两种类型。正极性输出又可分为充电电流通过输出负载和充电电流不通过输出负 载两种类型。本发明的降压直流斩波电路属于基础科学基本电路，具有体积小、重量轻、便 于集成等优点，有广泛应用前景。
权利要求
1、一种直流斩波电路，它由直流电源、两个开关器件及其控制电路、至少1个充放电电容、至少2个二极管、小电感、负载及其滤波容部分组成，它有反极性输出和同极性输出两种类型，其特征在于两个开关器件V1和V2为互补导通，第一开关器件V1控制电容充电，第二开关器件V2控制电容向负载放电，调节开关频率调节负载电压和电流大小。
2、 根据权利要求1所述的直流斩波电路，它由直流电源E、 2个互补导通的开关器件VI 和V2、 2个二极管D1和D2、 1个变换电容C1和负载R及其并联的滤波电容C组成，其 特征在于VI阳极与E正端相接，Cl 一端、VI阴极与V2阳极三端相接，Cl另一端、Dl 阳极与D2阴极三端相接，R—端、D2阳极与C负极三端相接，V2阴极、Dl阴极、C的正 极、R另一端与E的负极四端相接的无感反极性输出的直流斩波电路。
3、 根据权利要求1所述的直流斩波电路，它由直流电源E、 2个互补导通的开关器件V1 禾口V2、 2个二极管D1和D2、 1个变换电容C1、 1个小电感L和负载R及其并联滤波电容C 组成，其特征在于VI与E正端相接，L与Cl 二端相接，L另一端与VI阴极、V2阳极 相连三端相接，，Cl另一端、Dl阳极与D2阴极三端相接，R—端、D2阳极与C负极三端 相接，V2阴极、Dl阴极、C的正极、R另一端与E负极四端相接的反极性输出的小电感直 流斩波电路。
4、 根据权利要求1所述的直流斩波电路，它由直流电源E、 2个互补导通的开关器件V1 和V2、 2个二极管D1和D2、 1个变换电容C1和负载R及其滤波电容C组成，其特征在 于VI与E正端相接，Cl 一端与VI阴极、V2阳极三端相接，Cl另一端与Dl阳极、D2 阴极三端相接，Dl阴极、V2阴极、R—端、C正极四端相接，D2阳极、R另一端、C负极 与E负端四端相接的同极性输出的无感直流斩波电路。
5、 根据权利要求1所述的直流斩波电路，其特征布于^f出电流是输入电流正整数倍的 直流斩波电路。
全文摘要
本发明属于电工、电力电子技术科学领域内的基础直流斩波电路，现有电力电子技术教课书上的DC/DC变换的基础直流斩波电路仅有六种，这六种基础电路都是以外国发明人命名的电路，这六种电路都必须有一个相对于斩波周期来说电感量很大的电感，体积大，不便于集成，并且它们都是主要采用调节周期内的通断比例调节输出直流电压的。本发明应用电容充电储能放电放能的特性，采用电容、二极管和电子开关等元器件组成的无电感或小电感直流斩波电路来获得比电源电压低的直流电压，并主要采用调节斩波频率的方法调节输出正极性或反极性的直流电压，为直流斩波电路增添有调频调压、无感、小感特色的中国人发明的直基础直流斩波电路。
文档编号H02M3/155GK101364769SQ200810210209
公开日2009年2月11日 申请日期2008年8月9日 优先权日2008年8月9日
发明者龚秋声 申请人:龚秋声