一种升压变换器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种升压变换器，包括：Ｎ路串联连接的电感和二极管，Ｎ个功率开关和一个电容；每路二极管的阳极与串联连接的电感的第一端连接，每个二极管的阴极均与所述电容的第一端连接，所述电容的第二端与地线连接，每个二极管的阳极与所述地线之间连接一个功率开关，每个电感的第二端均与正电压输入端连接，每个二极管的阴极均与正电压输出端连接；在工作期间，采用脉冲宽度调制ＰＷＭ控制方式驱动所述Ｎ个功率开关工作，在每个开关周期内，所述Ｎ个功率开关的驱动脉冲依次相差360／Ｎ度，其中Ｎ≥2，Ｎ为整数。
【专利说明】一种升压变换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及变换器【技术领域】，尤其涉及一种升压变换器。
【背景技术】
[0002]参见图1，为传统的升压D C / D C变换器的电路图，该升压D C / D C变换器 由电感L、二极管D、功率开关S及电容C组成。通过调节功率开关S的占空比，以实现对 D C / D C变换器的升压控制，具体的，在充电过程中，功率开关S闭合，输入电流流过电 感L，电感L上的电流以一定的比率线性增加，随着电感L电流增加，电感L上便存储了能 量。在放电过程中，功率开关S断开，由于电感的电流保持特性，流经电感L的电流不会马 上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值逐渐变小，在此过程中，电感L开始给电容C充电， 电容C两端电压升高；如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容C两端得到高于输入 电压的电压。
[0003]但是，受到外形等因素的限制，电感的电感量不可能设计的比较大，所以这会造成 D C / D C变换器的纹波系数较大；如果使传统的D C / D C变换器满足纹波系数的要 求，势必要求增大电感量，但是这会造成电感的体积增大，D C / D C变换器的能量密度也 会比较小。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明实施例的主要目的在于提供一种升压变换器，在不增加电感体 积的基础上，以实现减小D C / D C变换器的纹波系数的目的。
[0005]为实现上述目的，本发明实施例提供了 一种升压变换器，包括：N路串联连接的电 感和二极管，N个功率开关和一个电容；
[0006]每路二极管的阳极与串联连接的电感的第一端连接，每个二极管的阴极均与所述 电容的第一端连接，所述电容的第二端与地线连接，每个二极管的阳极与所述地线之间连 接一个功率开关，每个电感的第二端均与正电压输入端连接，每个二极管的阴极均与正电 压输出端连接；
[0007]在工作期间，采用脉冲宽度调制PWM控制方式驱动所述N个功率开关工作，在 每个开关周期内，所述N个功率开关的驱动脉冲依次相差360 / N度，其中N≤2，N为整数。
[0008]优选地，在上述升压变换器中，
[0009]所述电感的铁芯至少包括 两段铁芯，每段铁芯按照设定形状依次连接，相连两段 铁芯间形成缝隙。
[0010]优选地，在上述升压变换器中，
[0011]所述电感的铁芯为非晶态合金的铁芯。
[0012]优选地，在上述升压变换器中，
[0013]所述电感的绕线为铜带。[0014]优选地，在上述升压变换器中，所述升压变换器还包括:第一电流传感器和第二电流传感器；
[0015]所述第一电流传感器安装在正电压输入线上；
[0016]所述第二电流传感器安装在正电压输出线上；
[0017]所述第一电流传感器和所述第二电流传感器，用于采集电流信号，以便利用所述电流信号所述N个功率开关的驱动脉冲。
[0018]优选地，在上述升压变换器中，
[0019]采用差分电路采集所述正电压输入端与地线之间的电压，并采集所述正电压输出端与地线之间的电压。
[0020]优选地，在上述升压变换器中，所述升压变换器还包括:快速熔断器；
[0021 ] 所述快速熔断器串联在所述电容与所述第二电流传感器之间；
[0022]所述快速熔断器，用于在流经的电流大于预设电流时，控制自身熔断以切断电流。
[0023]优选地，在上述升压变换器中，所述功率开关为I G B T功率开关管。
[0024]可见，本发明实施例提供的升压变换器，在工作期间，采用脉冲宽度调制P WM控制方式驱动所述N个功率开关工作，在每个开关周期内，所述N个功率开关的驱动脉冲依次相差360 / N度，此控制方式相当于把D C / D C变换器的开关频率提高了 4倍，从而减小了纹波。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为现有D C / D C变换器的电路图；
[0027]图2为本发明实施例D C / D C变换器的电路图；
[0028]图3为本发明实施例移相脉冲调制示意图；
[0029]图4本发明实施例电感铁芯分段示意图；
[0030]图5本发明实施例用于采集电压的差分电路示意图。
【具体实施方式】
[0031]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]本发明实施例提供的升压变换器，包括:N路串联连接的电感和二极管，N个功率开关和一个电容；
[0033]每路二极管的阳极与串联连接的电感的第一端连接，每个二极管的阴极均与所述电容的第一端连接，所述电容的第二端与地线连接，每个二极管的阳极与所述地线之间连接一个功率开关，每个电感的第二端均与正电压输入端连接，每个二极管的阴极均与正电压输出端连接；
[0034]在工作期间，采用脉冲宽度调制P WM控制方式驱动所述N个功率开关工作，在每个开关周期内，所述N个功率开关的驱动脉冲依次相差360 / N度，其中N≥2，N为整数。
[0035]此外，所述升压变换器还包括:第一电流传感器和第二电流传感器；
[0036]所述第一电流传感器安装在正电压输入线上；所述第二电流传感器安装在正电压输出线上；
[0037]所述第一电流传感器和所述第二电流传感器，用于采集电流信号，以便利用所述电流信号所述N个功率开关的驱动脉冲。
[0038]其中，所述功率开关可以为1 G B T功率开关管或是其它开关管。
[0039]此外，所述升压变换器还包括:快速熔断器；所述快速熔断器串联在所述电容与所述第二电流传感器之间；所述快速熔断器，用于在流经的电流大于预设电流时，控制自身熔断以切断电流。
[0040]为了更方便的了解本发明实施例，下面举例说明:
[0041]参见图2，为本发明实施例提供的升压D C / D C变换器的电路图，D C / D C变换器主电路包括:电感L 1、电感L 2、电感L 3和电感L 4，二极管Q 1.2、二极管Q 2.2、二极管Q 3.2和二极管Q 4.2，I GB T功率开关管Q 1.1、I GB T功率开关管Q 2.1、I GB T功率开关管Q 3.1和I GB T功率开关管Q 4.1，以及一个电容C I。它们的连接关系如下:
[0042]电感L I的第一端与二极管Q 1.2的阳极连接，电感L 2的第一端与二极管Q 2.2的阳极连接，电感L 3的第一端与二极管Q 3.2的阳极连接，电感L 4的第一端与二极管Q
4.2的阳极连接；二极管Q 1.2、二极管Q 2.2、二极管Q 3.2和二极管Q 4.2的阴极均与电容C I的第一端连接；电容C I的第二端与地线连接；I G B T功率开关管Q 1.1并联在电容C I与二极管Q 1.2的两端，I G B T功率开关管Q 2.1并联在电容C I与二极管Q
2.2的两端，I G B T功率开关管Q 3.1并联在电容C I与二极管Q 3.2的两端，IGBT功率开关管Q 4.1并联在串联连接的电容C I与二极管Q 4.2的两端。
[0043]该D C / D C变换器主电路的特点在于采用了四重并联的连接方式，即:电感L1、I GB T功率开关管Q 1.1和二极管Q 1.2作为第一个单元模块，电感L 2、I GB T功率开关管Q 2.1和二极管Q 2.2作为第二个单元模块，电感L 3、I G B T功率开关管Q
3.1和二极管Q 3.2作为第三个单元模块，电感L 4、I G B T功率开关管Q 4.1和二极管Q 4.2作为第四个单元模块，这四个单元模块并联连接。基于这种四重并联连接方式，本发明实施例采用了脉冲宽度调制P WM的控制方式，实现了四重90度移相的控制方式，即
Q 1.1 - Q 4.1的驱动脉冲依次相差90度。参见图3所示的移相脉冲调制示意图，可根据实际需求调节I G B T功率开关管的占空比D = T ο n / T s，其中，T s为I G B T功率开关管的工作周期，T ο η为I G B T功率开关管的导通时间。
[0044]在工作过程，该D C / D C变换器在一个开关周期内可分为4个模态。
[0045]模态I ( t I与t 2之间):I G B T功率开关管Q 1.1和Q 4.1闭合，二极管Q
1.2与Q 4.2反向截止，为电感L I和L 4存储能量；同时，I G B T功率开关管Q 2.1和Q 3.1断开，二极管Q 2.2与Q 3.2导通，电感L 2和电感L 3给电容C I充电。
[0046]模态2 ( t 2与t 3之间):I G B T功率开关管Q 1.1和Q 2.1闭合，二极管Q
1.2与Q 2.2反向截止，为电感L I和L 2存储能量；同时，I G B T功率开关管Q 3.1和Q 4.1断开，二极管Q 3.2与Q 4.2导通，电感L 3和电感L 4给电容C I充电。
[0047]模态3 ( t 3与t 3之间):I G B T功率开关管Q 2.1和Q 3.1闭合，二极管Q
2.2与Q 3.2反向截止，为电感L 2和L 3存储能量；同时，I G B T功率开关管Q 1.1和Q 4.1断开，二极管Q 1.2与Q 4.2导通，电感L I和电感L 4给电容C I充电。
[0048]模态4 ( t 4与t 5之间):I G B T功率开关管Q 3.1和Q 4.1闭合，二极管Q
3.2与Q 4.2反向截止，为电感L 3和L 4存储能量；同时，I G B T功率开关管Q 1.1和Q 2.1断开，二极管Q 1.2与Q 2.2导通，电感L I和电感L 2给电容C I充电。
[0049]可见，与现有技术相比，此控制方式相当于把D C / D C变换器的开关频率提高了 4倍，从而减小了纹波。此外，采用本发明实施例提供的D C / D C变换器，可以减小各个电感的电感量来满足D C / D C变换器对纹波的要求，从而达到减小电感的体积和重量的目的。
[0050]另外，该D C / D C变换器主电路还包括；第一电流传感器S I 1、第二电流传感器S I 2和快速熔断器F U 1，第一电流传感器S I I串联在正电压输入端与各个电感的第二端之间，第二电流传感器S I 2和快速熔断器F U I串联在电容与正电压输出端之间。
[0051]进一步地，如果按照传统的电感设计方式，电感损耗很大，且工作效率较低。本发明实施例对电感进行了以下改进:
[0052]第一、电感铁芯的改进
[0053]首先，电感的铁芯为非晶态合金的铁芯；其次，所述电感的铁芯至少包括两段铁芯，每段铁芯按照设定形状依次连接，相连两段铁芯间形成缝隙。参见图4所示的电感铁芯分段示意图，假设电感铁芯为U形铁芯，将其分成若干段，段与段之间便形成了间隙，这样就增加了铁芯的磁通密度，本发明实施例的电感采用了分段设计，能有效降低电感的铁耗；并且铁芯的外形调节变得很方便，通过调节铁芯外形可减小电感的体积。
[0054]第二、电感绕线的改进
[0055]电感的绕线摒弃了以往的漆包线，采用了铜带绕线，铜线的表面积比漆包线大，绕线可以更加紧固，所以电感体积减小了且电感集肤效应的影响也降低了 ；由于集肤效应降低，所以电感的铜耗也减小了。
[0056]进一步的，本发明实施例采用差分电路采集所述正电压输入端与地线之间的电压，并采集所述正电压输出端与地线之间的电压。
[0057]在D C / D C变换器的实际应用中，需要对D C / D C变换器的电压进行采样，本发明实施例的D C / D C变换器没有采用电压传感器，而是采用差分电路进行电压的直接采样，这样的方式不但节约了D C / DC变换器中采样电路的体积又降低了成本。参见图5为本发明实施例提供的用于采集电压的差分电路示意图，该差分电路采集的电压信号可直接送入D C / DC变换器控制板使用。
[0058]可见，本发明实施例提供的升压变换器，在工作期间，采用脉冲宽度调制P WM控制方式驱动所述N个功率开关工作，在每个开关周期内，所述N个功率开关的驱动脉冲依次相差360 / N度，此控制方式相当于把D C / D C变换器的开关频率提高了 4倍，从而减小了纹波。
[0059]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0060]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种升压变换器，其特征在于，包括:N路串联连接的电感和二极管，N个功率开关和一个电容； 每路二极管的阳极与串联连接的电感的第一端连接，每个二极管的阴极均与所述电容的第一端连接，所述电容的第二端与地线连接，每个二极管的阳极与所述地线之间连接一个功率开关，每个电感的第二端均与正电压输入端连接，每个二极管的阴极均与正电压输出端连接； 在工作期间，采用脉冲宽度调制P WM控制方式驱动所述N个功率开关工作，在每个开关周期内，所述N个功率开关的驱动脉冲依次相差360 / N度，其中N≥2，N为整数。
2.根据权利要求1所述的升压变换器，其特征在于， 所述电感的铁芯至少包括两段铁芯，每段铁芯按照设定形状依次连接，相连两段铁芯间形成缝隙。
3.根据权利要求1或2所述的升压变换器，其特征在于， 所述电感的铁芯为非晶态合金的铁芯。
4.根据权利要求1所述的升压变换器，其特征在于， 所述电感的绕线为铜带。
5.根据权利要求1所述的升压变换器，其特征在于，所述升压变换器还包括:第一电流传感器和第二电流传感器； 所述第一电流传感器安装在正电压输入线上； 所述第二电流传感器安装在正电压输出线上； 所述第一电流传感器和所述第二电流传感器，用于采集电流信号，以便利用所述电流信号所述N个功率开关的驱动脉冲。
6.根据权利要求5所述的升压变换器，其特征在于， 采用差分电路采集所述正电压输入端与地线之间的电压，并采集所述正电压输出端与地线之间的电压。
7.根据权利要求1述的升压变换器，其特征在于，所述升压变换器还包括:快速熔断器； 所述快速熔断器串联在所述电容与所述第二电流传感器之间； 所述快速熔断器，用于在流经的电流大于预设电流时，控制自身熔断以切断电流。
8.根据权利要求1述的升压变换器，其特征在于，所述功率开关为IG B T功率开关管。
【文档编号】H02M3/158GK103532386SQ201310546110
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2013年11月6日
【发明者】毛懿坪, 彭再武, 王坚 申请人:湖南南车时代电动汽车股份有限公司