[發明專利]一種多級開關電感的前向電路拓撲及其控制方法

在審

• 申請號: 201710774287.7
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107425714A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 潘健;劉天俊;李坤;李維;熊梓威;馮雨絲;黎家成;熊亦洲;梁佳成;廖冬初;王淑青;舒軍
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 魯力

技術領域

本發明屬于電力電子領域，涉及一種多級開關電感前向電路拓撲，特別是一種多級開關電感的前向電路拓撲及其控制方法。

背景技術

在電力電子電能變換電路中，各種升壓變換電路層出不窮，能夠影響電路升壓范圍的拓撲結構層出不窮，但非隔離變換拓撲總會受限于其升壓能力，如何提升電路升壓能力，且不增加額外開關器件，是主要考慮的方向。

發明內容

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：

綜合考慮開關電感結構的升壓儲能優勢，在不改變開關方式的基礎上，提出一種多級開關電感的前向電路拓撲，并給出其控制方法。

一種多級開關電感的前向電路拓撲，其特征在于，包括n級開關電感，各級電感分別通過二級管連接，其中n>1,且n為正整數；其中，開關電感包括電感L1、電感L2……電感Ln；二極管包括二極管D1、二極管D2……二極管D(n+5)；其中，二極管D1、電感L1、二極管D2串聯；二極管D4、電感L2、二極管D5串聯…直至二極管D(n+1)、電感L(n-1)、二極管D(n+2)串聯；二極管D(n+4)、電感Ln、二極管D(n+5)串聯,各個橫向支路兩端并聯。

二極管D3從電感L1和二極管D2之間接出，且以此節點為高電位，連接于二極管D4和電感L2之間；二極管D6從電感L2和二極管D5之間接出，且以此節點為高電位，連接于二極管D7和電感L3之間…二極管Dn從電感L(n-2)和二極管D(n-1)之間接出，且以此節點為高電位，連接于二極管D(n+1)和電感L(n-1)之間；二極管D(n+3)從電感L(n-1)和二極管D(n+2)之間接出，且以此節點為高電位，連接于二極管D(n+4)和電感Ln之間。

在上述的一種多級開關電感的前向電路拓撲及其控制方法，具體器件數目為，當為2級時，電感為L1、L2，二極管為D1、D2…D5；當為3級時，電感為L1、L2、L3，二極管為D1、D2…D8；當為n級時，電感為L1、L2、L3…Ln，二極管為D1、D2…D(3n-1)，即電感n個，二極管3n-1個，分為橫向支路n級，中間縱向支路n-1條(不包含橫向支路左右兩邊固定并聯的兩條)

在上述的一種多級開關電感的前向電路拓撲及其控制方法，具體應用時，以電感L1、L2…L(n-1)、L(n+1)所屬橫向支路兩端分別并聯，且中間以對應縱向支路二極管串聯后構成整體，整體串聯于回路中，左端接于應用電路高電位端(電源正極)，右端接由開關系統與負載并聯而成的結構，最終接低電位端(電源負極)構成回路。

一種多級開關電感的前向電路拓撲控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，電路通電，包括開通所述一種多級開關電感的前向電路拓撲所在的整體電路電源，使系統處于通電狀態；

步驟2，充電過程，中間縱向二極管均反向截止，僅橫向支路兩聯與電路中，輸入端電壓并聯于各個橫向支路，對每個電感進行充電；

步驟3，放電過程，中間縱向二極管導通，各個電感串聯導通，與輸入端電壓串聯向負載供電；

步驟4，調節升壓。根據上述的一種多級開關電感的前向電路拓撲及其控制方法所處的步驟2、步驟3中過程，根據單個電感能量守恒定律，求得不同t₁、t₂時間下拓撲的升壓增益。

在上述的一種多級開關電感的前向電路拓撲控制方法，所述步驟2中，充電過程具體控制方法包括以下步驟：

步驟201，通過控制開關器件導通，假設導通時間為t1，使得所述多級開關電感的前向電路拓撲與輸入端構成獨立回路；

步驟202，所述多級開關電感的前向電路拓撲右端直接與電壓低電位相接，儲能電感L1、L2……Ln右邊電位為低，使得中間縱向支路所在二極管輸入端接低電位而截止，具體為二極管D3……Dn、D(n+3)反向截止，二極管D1、D4……D(n+1)、D(n+4)正向導通，二極管D2、D5……D(n+2)、D(n+5)正向導通；

步驟203，所述多級開關電感的前向電路拓撲橫向支路并聯于輸入電壓兩端，假設輸入電壓為V_in,則各個電感值大小相同均為L，因此在導通時間t₁內，流入單個電感電流為

在上述的一種多級開關電感的前向電路其控制方法，所述步驟3中，放電過程具體控制方法包括以下步驟：