直流直流转换的制作方法

1.本发明涉及一种直流直流转换方案，例如将输入直流电压降低至期望的输出直流电压电平，并相应地提高输出电流。描述了一种用于输入直流信号的升压或降压的方法和设备。


背景技术：

2.许多直流直流转换方案是已知的。它们通常用于电源，控制供应给例如计算机或其他电子设备(例如电视和音频设备、变速电动机、电动车辆等)的输出电压。可能希望提供这种方案的另一应用是控制从发电机(例如从基于光伏的发电方案)到电力供应或配电网络或电网的供应。
3.直流直流转换方案的一种形式包括线性稳压器。另一种方案涉及使用所谓的降压(buck)转换器。与使用线性稳压器相比，使用降压转换器的优势在于更少的能量作为热量而损失。图1示出一种简单形式的降压转换器。图1所示的降压转换器包括串联在电源3和负载5之间的电感器1和开关2。第二开关，在本例中为二极管4的形式，连接在负载5两端。在使用中，从开关2打开的状态开始，没有电流流过电感器1和流至负载5。如果开关2随后闭合，则流经电感器1并流向负载5的电流将上升。电感器1将产生与电流增大相反的电动势，并且能量将存储在电感器1内。负载5两端的电压将相应地低于电源。随后断开开关2将会切断电源3和负载5之间的连接，也将会导致储存在电感器1内的能量通过负载5和二极管3放电。通过反复断开和闭合开关2，该循环可以重复。在这种布置中，输出电压，即负载5两端的电压，将始终低于来自电源3的输入电压。这些方案允许负载5两端的电压与输入或电源3处的电压相比有所减小。然而，在某些情况下希望提供与输入相比增大的输出。
4.图2示出另一种已知方案，其操作在wo20016/113559中有所描述。图2的方案包括与一对并联臂12a、12b串联连接的主电感器10，每个臂12a、12b包括初级电感器14a、14b、次级电感器器16a、16b和初级开关18a、18b，相互之间分别串联布置，以及次级开关20a、20b，提供到相关的初级和次级电感器14a、14b、16a、16b中间的一点的开关接地连接。第一和第二分支12a、12b的初级和次级电感器14a、14b、16a、16b都卷绕在公共磁芯22上，因此彼此磁链接。电感器14a、14b、16a、16b各个的电感非常低。举例来说，每个电感器14a、14b、16a、16b可以仅由几个绕组构成。类似地，主电感器10可以具有小电感并且可以仅包括几个绕组。然而，如果需要，可以使用更多数量的绕组。
5.在电路连接在输入和输出之间的状态下，当次级开关20a、20b都闭合(接通)时，流过主电感器10的电流上升的量为δi，在主电感器10中感应出与电流增大相反的电动势。根据这种情况，当次级开关20a、20b中的一个打开(断开)并且另一个闭合(接通)时，流过主电感器10的电流下降的量为δi，下降的电流在主电感器10中感应出相反方向的电动势。
6.通过反复打开和闭合次级开关20a、20b，在任何时候都确保次级开关20a、20b中的一个或另一个是闭合的(接通)，没有任何时候次级开关20a、20b二者都是打开的(断开)，且通过适当选择开关频率，可以理解，流过主电感器10的电流可以连续变化。
7.输出电压与输入电压的比率可以通过控制占空比来控制，即通过改变次级开关20a、20b占据其闭合(接通)位置的时间比例，和/或通过选择次级电感器16a、16b相对于初级电感器14a、14b的电感。该电路因此可以用作升压电路，将输出处的电压相对于输入处的电压增大可控制的量，该电路在使用中具有非常高的效率，所经历的损耗最小。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种改进的直流直流转换方案，其中至少其中一些已知方案的缺点被克服或影响降低。特别地，本发明的目的是提供一种直流直流转换方案，其中对其输出的控制可以得以增强。
9.根据本发明，提供一种直流直流转换方案，包括与第一电路分支和第二电路分支串联连接的主电感器，第一和第二电路分支彼此并联布置，其中每个电路分支包括与初级开关串联布置的第一电感器、第二电感器和第三电感器，第一开关接地连接连接到第一和第二电感器之间的一位置，第二开关接地连接连接到第二和第三电感器之间的一位置，第一和第二分支的第一、第二和第三电感器卷绕在共同的磁芯上。
10.在这样的布置中，如果两个分支的第二开关接地连接保持在打开(断开)位置，并且两个分支的第一开关接地连接在它们的打开和闭合位置之间循环，将理解，转换方案可以按照wo2016/113559的电路的方式操作，第二和第三电感一起等效于wo2016/113559的次级电感，并且如果两个分支的第一开关接地连接保持在打开(断开)位置且两个分支的第二开关接地连接在其打开和闭合位置之间循环，转换方案可以按照wo2016/113559的电路的方式操作，但第一和第二电感等效于wo2016/113559布置中的初级电感器。因此，通过适当控制开关接地连接，有源开关接地连接上游的电感与其下游的电感之比可以改变，从而产生输入电压与电压之比的变化。因此可以实现对来自直流直流转换方案的输出电压的改进的或增强的控制。
11.每个分支可以包括一个或多个附加电感器和适当定位的附加开关接地连接，从而提供对直流直流转换方案的输出的附加控制。
附图说明
12.本发明将通过示例并参考附图进行进一步描述，其中：
13.图1和2为示出已知转换方案的电路图；
14.图3为示出根据本发明的实施例的直流直流转换方案的电路图。
具体实施方式
15.图3的电路类似于图2，并且在本技术中将使用相同的附图标记和术语来表示相同的部件。图3的电路包括与彼此并联布置的一对电路分支12a、12b串联连接的主电感器10，该电路在输入30和输出32之间延伸。
16.第一电路分支12a包括彼此串联连接的初级电感器14a、次级电感器16a和第三级电感器26a，并与初级开关18a(在本例中为二极管的形式)串联连接。类似地，第二电路分支12b包括彼此串联连接的初级、次级和第三级电感器14b、16b、26b，并与相应的初级开关18b(同样为二极管的形式)串联连接。两个电路分支12a、12b的初级、次级和第三级电感器14a、
14b、16a、16b、26a、26b都卷绕在共同的磁芯28上，且因此彼此磁链接，卷绕方向如图3所示。
17.每个电路分支12a、12b包括次级开关装置20a、20b。每个次级开关装置20a、20b由一对开关接地连接组成。因此，开关装置20a包括连接到初级电感器12a和次级电感器14a之间的一点的第一开关接地连接34a和连接到次级电感器14a和第三级电感器26a之间的一点的第二开关接地连接36a。类似地，开关装置20b包括分别连接到初级、次级和第三级电感器14b、16b、26b之间的相应位置的第一和第二开关接地连接34b、36b。
18.在使用中，电路可以基本上以wo2016/113559中描述的方式操作，使第一开关接地连接34a、34b在其打开和闭合位置之间循环，并且将第二开关接地连接36a、36b保持在打开(断开)状态。在这种操作模式下，可以理解，次级电感器16a、16b和第三级电感器26a、26b可以被视为它们是组合的，且因此，对于每个电路分支12a、12b来说，次级开关装置20a、20b的有源部分上游的初级电感器14a、14b的电感与其下游的次级和第三级电感器16a、16b、26a、26b的组合电感的比率将具有第一值。
19.通过切换电路的操作以使第一开关接地连接34a、34b保持在其打开(断开)位置，并且第二开关接地连接36a、36b在其打开和闭合位置之间循环，可以理解，每个分支12a、12b的初级和次级电感器12a、12b、14a、14b可以被视为它们是组合的，且因此次级开关装置20a、20b的有源部分上游的初级和次级电感器12a、12b、14a、14b的组合的电感与其下游的第三级电感器26a、26b的电感的比率将具有不同的第二值。
20.通过对次级开关装置20a、20b的适当控制，且特别是对在任何给定时间哪个开关接地连接正在使用中的适当控制，可以理解，可以对输入电压与输出电压的比率进行控制。因此图3的布置是有利的，因为可以获得对直流直流转换方案的操作及其输出的更大程度的控制。
21.在图3的布置中，第一和第二分支12a、12b的每个电感器优选地具有小电感。举例来说，它们可以各自具有小于50μh、优选地小于40μh，且更优选地小于25μh的电感。开关接地连接在使用中切换的频率优选地在100至1000khz的范围内。然而，应当理解，这些仅仅是示例并且本发明在这方面不受限制。
22.虽然本技术的描述涉及一种装置，其中次级开关装置的有源部分的上游和下游的电感的两个比率是可能的，但是应当理解，可以修改电路以在每个分支中包括附加电感器，并且包括附加开关接地连接，从而增大可以实现的输入电压与输出电压之比的范围，并因此进一步增强对直流直流转换方案的输出的控制。
23.在不背离所附权利要求限定的本发明范围的情况下，许多其他修改和改变是可能的。