专利名称：改进l型升压变换器的拓扑结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力电子升压变换器的电路拓扑结构，特别涉及改进L型升压变换器。
背景技术：
随着技术发展，在传统的DC-DC升压电路中，当升压倍数比较高时，常采用变压器结构 的变换器，或多级升压的结构。由于升压倍数较高，控制精度难以得到保证，同时系统串联 结构导致了系统可靠性低及稳定性不足等。原有L型升压变换器的器件耐压并非全部都是一 个电容的电压，因此对于器件选择造成了一定的难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决升压倍数较高时的控制精度，提出了一种采用多个 输出电容串联，并对各个输出级联电容分别进行升压控制的拓扑结构，实现高性能的升压变 换，并且拓扑中的器件耐压均等。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下
一种改进L型升压变换器的拓扑结构，通过k个开关器件串联构成改进L型变换器的横 轴；通过k个电容串联构成改进L型变换器的纵轴；横轴最左端的开关通过电感与直流输入 电源的高电位端相连，直流输入电源的低电位端与横轴各个节点由开关支路相连；横轴相邻 两个可控开关间的节点和纵轴上相邻两个电容间的节点，由单向开关支路连接；由k个二极 管构成的续流回路，且各个二极管的阴极与横轴的可控开关间的节点之间有另一可控开关；k 个二极管构成的续流回路的阳极与横轴、纵轴的交点相连。通过扩展改进L型结构的横、纵 轴以及单向整流支路、单向可控开关支路，能拓展变换器，k为大于或等于l的正整数。 本发明的益处
与传统的DC-DC升压变换器相比较，本发明所公开的改进L型升压变换器采用单电感的 结构，对各个串联输出侧的电容进行独立充电，在较高升压倍数的情况下，有较高的控制精 度；同时，也克服了多级串联系统的稳定性及可靠性不足等问题实现了拓扑中器件耐压相 等，为拓扑结构的使用及器件选择带来了方便。。
图1为改进L型升压变换器的拓扑图。 图2 (a)为可控开关的M0SFET等效示例图。 图2(b)为可控开关的IGBT等效示例图。图3为改进L型升压变换器的等效拓扑图。
具体实施例方式
结合附图对本发明作进一步说明
图1为改进L型升压变换器的拓扑结构图。通过可控开关Su、 S21……Sw共k个器件串 联构成L型变换器的横轴；通过电容q、 C2……Ck共k个电容串联构成L型变换器的纵轴; 可控开关&,的一端经电感^与电源V正极相连，电容Cj与C(i+D， i=l,2……k-l,之间的节 点和横轴上可控开关Su与S(i+1)1的节点之间是由可控开关S12 、 S22……S(t_1)2和二极管&2分别 构成的支路，电源V的负极与二极管i)(w)4的阴极及可控开关&3相连；二极管"(4_2)4的阴极
与二极管D("w的阳极及可控开关S(w)3的一端相连，可控开关S(w)3的另一端与可控开关
5("2)1的交点相连；按此方式延伸，二极管/)14的阳极与横轴及纵轴交点相连；k为
正整数，且k21。
可控开关Sw、 &3、 二极管&2、 二极管D("D,、电容Ck构成改进L型升压变换器的扩
展单元组，按上述的连接方式扩展电路时，将增加变换器的级数。
纵轴上的电容C,、 C2……Ck是输出电容，电容支路采用串联式同时放电方式，独立分
时充电方式。放电状态与传统的升压变换器一样，在此不做赘述，以下对各个电源的分时充 电进行简单描述。
各个电容的充电过程可分为电感储能的阶段、电感向电容进行能量转移的阶段，以图1 中所示的电容q (n-l， 2……k)为例，其储能及能量转移过程中，开关^(/<")处于断开
状态，开关&C/、")、 S( _1)2、 5 3处于开通状态，通过S",的开关状态切换进行工作，详细 过程如下。
电感储能阶段当可控开关&,导通时，使得可控开关&,、 1}1……S ,、 5 3处于导通 状态，此时，电源V、电感^、可控开关&、 1}1……Snl、 S 3、 D 4、 ￡>( +1)4、 /)( +2)4…… /^_1)4构成回路，直流输入电源对电感进行储能，电感上的电流增加。
能量向电容转移阶段可控开关&,状态切换成截止，此时电源V、电感^、可控开关&2的反联联二极管、电容C"、可控开关5^1)2、 &3、化4、 ^( +1)4……/^_1)4构成回路，此时直流输入电源及电感的能量向电容C"转移。
图2(a)为可控开关的M0SFET等效示例图。图2(b)为可控开关的IGBT等效示例图。拓扑中的开关能选多种可控开关或开关拓扑结构，此处仅给出两种示例。
图3为改进L型升压变换器的等效拓扑图。此时，可控开关S,所在支路改为断路，可控
开关512所在支路改为短路。在此情况下，电容Q……Ck的工作过程与图l所示电路的工作
过程一样，在此不做详述。
电容C,的工作方式略有不同。
电感储能阶段开关&,、 ……521—直处于开通状态，当可控开关523开通时，此
时，电源V、电感Z^、可控开关Sw、……S21、 D24……￡)(4_1)4构成回路，直流输入电
源对电感进行储能，电感上的电流增加。
能量向电容转移阶段可控开关523状态切换成关断时，此时电源V、电感^、可控开关
SA1、 1}1……S21、电容C,、 二极管/)14……i^,构成回路，此时直流输入电源及电感的能量向电容C,转移。
权利要求
1. 一种改进L型升压变换器的拓扑结构，其特征在于通过k个器件，即可控开关S11、S21……Sk1，串联构成L型变换器的横轴；通过k个电容，C1、C2……Ck，串联构成L型变换器的纵轴；可控开关Sk1的一端经电感LA与电源V正极相连，电容Ci与C(i+1)，i＝1，2……k-1，之间的节点和横轴上可控开关Si1与S(i+1)1的节点之间是由可控开关S12、S22……S(k-1)2和二极管Sk2分别构成的支路，电源V的负极与二极管D(k-1)4的阴极及可控开关Sk3相连；二极管D(k-2)4的阴极与二极管D(k-1)4的阳极及可控开关S(k-1)3的一端相连，可控开关S(k-1)3的另一端与可控开关S(k-1)1、S(k-2)1的交点相连；按此方式延伸，二极管D14的阳极与横轴及纵轴交点相连；k为正整数，且k≥1；通过扩展T型结构的横、纵轴以及开关支路，拓展变换器的级数。
2. 根据权利要求1所述的改进L型升压变换器的拓扑结构，其特征在于可控开关S"、 &3、 二极管&2、电容Ck构成L型升压变换器的扩展单元组，按上述的连接方式扩展电路时， 将增加变换器的级数。
3. 根据权利要求1所述的改进L型升压变换器的拓扑结构，其特征在于可控开关的选 择包括IGBT， MOSFET电力电子器件。
4. 根据权利要求1所述的改进L型升压变换器的拓扑结构，其特征在于并将可控幵关 ^,所在支路改为断路，可控开关512所在支路改为短路，电路仍实现升压变换器功能。
5. 根据权利要求1所述的改进L型升压变换器的拓扑结构,其特征在于:将开关Sn…… &2改为开关串联形式，开关&2由11个耐压一致的较低耐压器件串联构成，其中11=1，2……k， 将满足每个开关管的耐压均衡的要求。
全文摘要
本发明公开了L型升压变换器的拓扑结构，其特征在于通过可控开关S<sub>11</sub>、S<sub>21</sub>……S<sub>k1</sub>共k个器件串联构成L型变换器的横轴；通过电容C<sub>1</sub>、C<sub>2</sub>……C<sub>k</sub>共k个电容串联构成L型变换器的纵轴；可控开关S<sub>k1</sub>的一端经电感L<sub>A</sub>与电源V正极相连，电容C<sub>i</sub>与C<sub>(i+1)</sub>，i＝1，2……k-1，之间的节点和横轴上可控开关S<sub>i1</sub>与S<sub>(i+1)1</sub>的节点之间是由可控开关S<sub>12</sub>、S<sub>22</sub>……S<sub>(k-1)2</sub>和二极管S<sub>k2</sub>分别构成的支路，电源V的负极与二极管D<sub>(k-1)4</sub>的阴极及可控开关S<sub>k3</sub>相连；二极管D<sub>(k-2)4</sub>的阴极与二极管D<sub>(k-1)4</sub>的阳极、可控开关S<sub>(k-1)3</sub>的一端相连，可控开关S<sub>(k-1)3</sub>的另一端与可控开关S<sub>(k-1)1</sub>、S<sub>(k-2)1</sub>的交点相连；按此方式延伸，二极管D<sub>14</sub>的阳极与横轴及纵轴交点相连；k为正整数，且k≥1；通过扩展T型结构的横、纵轴以及开关支路，拓展变换器的级数。
文档编号H02M3/07GK101488707SQ20081022447
公开日2009年7月22日 申请日期2008年12月11日 优先权日2008年12月11日
发明者湖 孙, 张立伟, 杨中平, 飞 林, 游小杰, 王琛琛, 贺明智, 郑琼林, 郝瑞祥, 黄先进 申请人:北京交通大学