专利名称：T型升压变换器的拓扑结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种升压变换器的电路拓扑结构，特别涉及一种采用单电感的DC-DC型升压 变换器的拓扑结构。
背景技术：
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 可靠性低及稳定性等不足。
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。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下
一种T型升压变换器的拓扑结构，通过2k个开关器件串联构成T型变换器的横轴；通过 k个电容串联构成T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的最右端开关相连；其中相邻两个可控开关间的节
点和相邻两个电容间的节点，由单向从横轴流向纵轴整流支路连接，在邻两个电容间的节点
和相邻两个不控整流开关间的节点之间的节点之间有从纵轴流向横轴的单向可控开关支路； 通过扩展T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1的正整数。
增加扩展单元器件组，并按上述的连接方式能扩展电路。
本发明的有益效果
与传统的DC-DC升压变换器相比较，本发明所公开的T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。
图1为本发明提出的T型升压变换器的拓扑结构图。 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。
具体实施例方式
结合附图对本发明作进一步说明-
图1为T型升压变换器的拓扑结构图。开关S,p S21……&,、 Sfll2、 SD22……^(w)2 (k
为不小于l的正整数，下同)共2k个开关器件串联构成T型变换器的横轴；通过电容Cp
C2……Ck共k个电容串联构成T型变换器的纵轴；开关&,通过电感L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开关^(4_1)2相连；其中开关Su与S(i+,),
(i=l,2……k-l)之间的节点和电容C,与C(i+D的节点之间有单向从横轴流向纵轴整流支路，
在电容Ci与C(i+,)的节点和开关S^与Sw+w之间的节点之间有从纵轴流向横轴的单向可控开
关支路。通过扩展T型结构的横、纵轴以及单向整流支路、单向可控开关支路，可以拓展变 换器。负载I^表示系统的负载，可有多种构成形式及性质。
开关&。 SDA1、 SD(A_1)2、电容Ck、开关&2构成T型变换器的扩展单元组，当增加此元
器件组，并按上述的连接方式扩展电路时，可以增加变换器的级数。
纵轴上的电容C,、 C2……Ck是tr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 电进行简述描述。
各个电容的充电过程可分为电感储能的阶段和电感向电容进行能量转移的阶段，以图1 中所示的电容C。 (n=l， 2……k)为例，其储能及能量转移过程中，开关5 2设置处于导通状
态，开关^(y^")处于断开状态，将开关^除外的横轴可控开关S,、 S21……S( —1}1、
置于导通状态，通过S^的开关状态切换进行工作，详细过程如下。
电容C"0-1,2…"的电感储能阶段当开关&,导通时，使得开关5^12、 Sfl22……SD(t_1)2
受正向偏压进入导通状态，此时，V、电感L、开关&、 S21……S41、 SDI2、 SD22……A(JM)2
构成回路，直流输入电源对电感进行储能，电感上的电流不断增加。
电容(: (" = 1，2...^:)的能量向电容转移阶段开关&,截止时，电源V、电感L、开关&,……
S( +2)1、 S( +1)1、电容C"、开关&2、 &2……5^_1)2构成回路，此时直流输入电源及电感的
能量向电容C。转移。对于纵轴上的其他电容而言，上述工作过程分析有两个特例需要排除
(1) 电容C,在充电时，因为没有开关512存在，此时的回路是电源V、电感L、开关521、
S31SH 、 电容C,、 开关SD12 、 SD(4_1)2 ;
(2) 电容Ck在充电时，因为没有开关5^2存在，此时的回路是电源V、电感L、电容 Ck、开关&2。
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。
权利要求
1. 一种T型升压变换器的拓扑结构，其特征在于通过开关(S11)、(S21)……(Sk1)、(SD12)、(SD22)……(SD(k-1)2)，共2k个开关器件串联构成T型变换器的横轴；通过电容(C1)、(C2)……(C)共k个电容串联构成T型变换器的纵轴；(Sk1)通过电感(L)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开关SD(k-1)2相连；其中开关Si1与(S(i+1)1)，i＝1，2……k-1，下同，之间的节点和电容(Ci)与(C(i+1))的节点之间有单向从横轴流向纵轴整流支路，在电容(Ci)与(C(i+1))的节点和开关(SDi2)与(SD(i+1)2)之间的节点之间有从纵轴流向横轴的单向可控开关支路；通过扩展T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1的正整数。
2. 根据权利要求1所述的T型升压变换器的拓扑结构，其特征在于开关()、 ( )、 (&(t-1)2)、电容(Ck)、开关(&2)构成T型变换器的扩展单元组，当增加该元器件组，并按上述的连接方式扩展电路时，增加变换器的级数。
3. 根据权利要求1所述的T型升压变换器的拓扑结构，其特征在于开关(&)、 (S21 )……()、 (S22)……(&2)选择可控电力电子开关IGBT或MOSFET。
全文摘要
本发明公开了T型升压变换器的拓扑结构，其特征在于通过开关(S<sub>11</sub>、S<sub>21</sub>…S<sub>k1</sub>、S<sub>D12</sub>、S<sub>D22</sub>…S<sub>D(k-1)2</sub>)，共2k个开关器件串联构成T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T型变换器的纵轴；开关(S<sub>k1</sub>)通过电感L与直流输入电源的高电位端相连，直流输入电源的另一端与开关(S<sub>D(k-1)2</sub>)相连；其中开关(S<sub>i1</sub>)、(S<sub>(i+1)1</sub>)，i＝1.2…k-1，之间的节点和电容(C<sub>i</sub>)、(C<sub>(i+1)</sub>)的节点之间有单向从横轴流向纵轴整流支路，在电容(C<sub>i</sub>)、(C<sub>(i+1)</sub>)的节点和开关(S<sub>Di2</sub>)、(S<sub>D(i+1)2</sub>)之间的节点之间有从纵轴流向横轴的单向可控开关支路，k为大于或等于1的正整数。通过扩展T型结构的横、纵轴以及单向整流支路、单向可控开关支路，可以拓展变换器。
文档编号H02M3/07GK101453162SQ20081022228
公开日2009年6月10日 申请日期2008年9月16日 优先权日2008年9月16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