[發明專利]一種多態三電平升壓電路

有效

• 申請號: 201410364390.0
• 申請日: 2014-07-28
• 公開（公告）號: CN105322796B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 武志賢
• 申請（專利權）人: 艾默生網絡能源有限公司
• 主分類號: H02M3/28
• 分類號: H02M3/28
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司44217
• 代理人: 高占元,周嬌嬌

技術領域

本發明涉及電路技術領域，更具體地說，涉及一種多態三電平升壓電路。

背景技術

升壓(Boost)電路用于把低直流電壓變換到高直流電壓。三電平拓撲由于其開關管的電壓應力只有兩電平的一半，有利于開關器件的選項，同時減小了所需電感的尺寸，所以應用非常廣泛。

請參閱圖1，為現有技術中普通三電平升壓電路的電路圖。該電路中Vin為直流輸入電源，電感L1、L2為升壓電感，開關管S1、S2為升壓控制的開關元件，二極管D1、D2為續流二極管，電容C1、C2為母線電容，為負載R_L供電。開關管S1、S2的電壓應力是母線電壓的一半，所以稱為三電平升壓電路。隨著高效高功率密度需求的不斷增加，提高開關頻率成為提高功率密度的一個途徑。然而，雖然提高開關頻率可以減小無源器件電感、變壓器和電容的體積，但是，開關頻率高了以后開關損耗增加，這樣效率又很難保證，最終無法同時實現高功率密度和高效率。

為了實現同時提高效率和功率密度這個目標，交錯并聯的結構被提出。請參閱圖2，為現有技術中交錯并聯的三電平升壓電路的電路圖。如圖2所示，Vin是輸入直流電源、電感L11、L12、L21、L22是升壓電感，開關管S11、S12、S21、S22是升壓控制的開關元件，二極管D11、D12、D21、D22是續流二極管，電容C1、C2是母線電容。兩個三電平升壓電路交錯工作，形成交錯并聯的三電平升壓電路。每個三電平升壓電路的工作過程是一樣的，只是交錯的兩個單元的開關管的驅動信號進行一定角度的相移，使得兩個電感的電流紋波相加，抵消特定次的諧波，最終使輸入總電流的紋波幅值減小，頻率增加，由此實現提高功率密度的目的。

但是，交錯并聯必須采樣每個交錯單元的輸入電感或者開關管的電流，單獨控制每個交錯單元的電流，并且要進行均流控制，在控制技術上比較復雜。對于圖1所示的結構，根據調制方式的不同，有開關管S1和S2同時導通或者不同時導通兩個方式，以開關管S1和S2同時導通方式為例，在圖2所示的交錯并聯結構中需要單獨檢測兩個交錯單元的電流，如電感L11、L12或者L21、L22的電流或者開關管S11、S12或者S21、S22的電流，分別對兩個并聯單元的電流進行控制，并且需要輸入電流的一半作為單元電流的參考進行均流控制。至少需要兩個電流采樣器件，和三個電流控制環，增加了采樣成本和控制復雜度。

因此，交錯并聯結構需要采樣各交錯單元的電感或者開關管電流，進行電流的單獨控制，同時需要增加均流控制器消除各單元間的環流，采樣的成本高，電流控制器結構復雜。而且交錯并聯的單元數量多的時候(如大于兩個并聯單元)均流控制的復雜度增加很多，對控制芯片的功能要求比較大，成本高。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有升壓電路無法在保障效率和功率密度的同時降低采樣成本和控制復雜度的缺陷，提供一種采用多態開關實現的多態三電平升壓電路。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種多態三電平升壓電路，包括：直流電壓源、第一升壓電感、第二升壓電感、第一母線電容、第二母線電容和控制器；所述第一母線電容和第二母線電容串聯在所述多態三電平升壓電路的第一主輸出端和第二主輸出端之間；

所述多態三電平升壓電路還包括：第一多態開關和第二多態開關；直流電壓源的正輸出端通過第一升壓電感連接至所述第一多態開關的第一端；所述第一多態開關的第三端連接至所述第一主輸出端；所述直流電壓源的負輸出端通過第二升壓電感連接至所述第二多態開關的第一端；所述第二多態開關的第三端連接至所述第二主輸出端；所述第一多態開關和第二多態開關的第二端均連接至兩個母線電容的中點；其中，第一多態開關和第二多態開關的橋臂均受控于所述控制器，根據各個橋臂導通狀態的不同形成多個開關模態，使所述多態三電平升壓電路呈現三電平。

在本發明所述的多態三電平升壓電路中，所述多態三電平升壓電路為三態三電平升壓電路，所述第一多態開關和第二多態開關采用包含以下元件的多態開關：

變壓器，所述變壓器的原邊的同名端和副邊的異名端相連作為多態開關的第一端；且所述變壓器的原邊和副邊的匝數相等；

兩個整流元件，分別連接在所述變壓器的原邊的異名端與多態開關的第三端之間，以及在所述變壓器的副邊的同名端與多態開關的第三端之間；

兩個開關元件，分別連接在所述變壓器的原邊的異名端與多態開關的第二端之間，以及在所述變壓器的副邊的同名端與多態開關的第二端之間；每個開關元件構成一個橋臂，均受控于所述控制器；