[發(fā)明專利]一種交錯工作的三電平降壓電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210501663.2
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN102931839A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設計）人: 趙林沖;湯世娟;張勇;廖劍飛
• 申請（專利權）人: 長沙廣義變流技術有限公司
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 周長清

技術領域

本發(fā)明主要涉及到降壓電路領域，特指一種交錯工作的三電平降壓電路。

背景技術

普通的三電平降壓斬波電路如圖1所示，包括主電感Lm、輸出電容Co、電容C1和C2、開關管QA和QB、二極管DA和DB，開關管QA、主電感Lm、輸出電容Co、開關管QB、電容C2、電容C1依次串聯(lián)形成回路連接于輸入電壓Ui的兩端，二極管DA和DB串聯(lián)后兩端分別連接于開關管QA與主電感Lm之間、開關管QB與輸出電容Co之間，二極管DA的陽極與DB的陰極相連于X點，C1和C2串聯(lián)其中點也是X點。

舉例說明，開關管QA、QB的占空比為60%，該電路有3種電平狀態(tài)，時序圖如圖2所示。在t0～t1時間段，開關管QA和QB閉合，QA、Lm、Co、QB、C2、C1依次串聯(lián)組成回路，主電感Lm儲存電能并向輸出電容Co充電。在t1～t2時間段，QA閉合，QB關斷，QA、Lm、Co、DB、C1依次串聯(lián)組成回路，主電感Lm釋放能量。在t2～t3時間段，QA和QB閉合，QA、Lm、Co、QB、C2、C1依次串聯(lián)組成回路，主電感Lm儲存電能并向輸出電容Co充電。在t3～t4時間段，QA關斷，QB閉合，DA、Lm、Co、QB、C2依次串聯(lián)組成回路，主電感Lm釋放能量。從圖2可知，t0～t2時間段是主電感Lm的一個工作周期，t0～t4時間段是開關管QA或者QB的一個工作周期?？赏评淼?，主電感Lm工作頻率是開關管工作頻率的2倍。

電路中開關QA和QB的開關頻率越高，則主電感Lm和電容Co的值越小，裝置的體積重量就越小。

但有兩個因素限制了開關管QA和QB的開關頻率。

1、開關管QA和QB通常采用IGBT或MOSFET等功率器件，這些功率器件有一個安全開關時間，如圖2中的t3～t4時間段為QA的安全開關時間，其不能小于器件的安全開關時間。

圖1中，假設主電感Lm的工作頻率為40kHz，開關管QA和開關管QB的開關頻率為20kHz，開關管QA和開關管QB關斷的最小時間為Toff(min)=5us，則Ts-QA=1/20kHz×1000=50us，開關管QA的最大占空比Dmax≤90%。若提高開關管QA的頻率到40kHz，開關管QA關斷的最小時間仍為Toff(min)=5us，則Ts-QA=1/40kHz×1000=25us，開關管QA的大占空比Dmax≤80%。在輸入電壓不變的情況下，由于占空比的限制，則輸出電壓不能達要求，提高開關管QA的頻率到40kHz不能實現(xiàn)。

2、開關管QA、QB通常采用IGBT或MOSFET等功率器件，每開關一次，都會產(chǎn)生相應的開關損耗。參見圖1所示的電路中，開關管QA、QB的導通、關斷，以及二極管DA、DB從開通態(tài)到截止態(tài)也會產(chǎn)生一定的開關損耗。參見圖2中的t4時刻，由開關管QA導通、QB關斷到開關管QA導通、QB導通瞬間，二極管DA從開通態(tài)到截至態(tài)，在二極管DA兩端電壓立即變?yōu)椋瓅Vrrm|，經(jīng)過反向恢復時間trr后穩(wěn)定在－|Vr|（即1/2輸入電壓）。流過二極管DA的電流先達到反向恢復電流峰值－|Irrm|，經(jīng)過反向恢復時間trr后降低到0，二極管截止。二極管在反向恢復時間內兩端電壓與二極管反向恢復電流的乘積對反向恢復時間積分，得到的結果就是二極管關斷損耗，如圖3所示；反向恢復電流和反向恢復時間往往較大，從而造成較大的損耗，并且與開關頻率成正比，這一因素也影響到開關頻率的提高。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題就在于：針對現(xiàn)有技術存在的技術問題，本發(fā)明提供一種結構簡單緊湊、成本低廉、操作簡便、可使主電感工作頻率成倍提高、進而減小裝置的體積和重量的交錯工作的三電平降壓電路。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種交錯工作的三電平降壓電路，包括：LC濾波組件、第一開關管Q1、第二開關管Q2、第三開關管Q3、第四開關管Q4、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第一電容C1和第二電容C2；

所述第一開關管Q1、第二開關管Q2的一端均與輸入電壓Ui的正極相接，所述第一開關管Q1的另一端經(jīng)第一換流電感L1與LC濾波組件的M端相接，所述第二開關管Q2的另一端經(jīng)第二換流電感L2與LC濾波組件的M端相接；

所述第三開關管Q3、第四開關管Q4的一端均與輸入電壓Ui的負極相接，所述第三開關管Q3的另一端經(jīng)第三換流電感L3接LC濾波組件的Q端，所述第四開關管Q4的另一端經(jīng)第四換流電感L4接LC濾波組件的Q端；