一种多态三电平升压电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电路技术领域，更具体地说，涉及一种多态H电平升压电路。
【背景技术】
[0002] 升压度OOSt)电路用于把低直流电压变换到高直流电压。H电平拓扑由于其开关 管的电压应力只有两电平的一半，有利于开关器件的选项，同时减小了所需电感的尺寸，所 W应用非常广泛。
[0003] 请参阅图1，为现有技术中普通H电平升压电路的电路图。该电路中Vin为直流输 入电源，电感L1、L2为升压电感，开关管S1、S2为升压控制的开关元件，二极管D1、D2为续 流二极管，电容CUC2为母线电容，为负载Rl供电。开关管S1、S2的电压应力是母线电压 的一半，所W称为H电平升压电路。随着高效高功率密度需求的不断增加，提高开关频率成 为提高功率密度的一个途径。然而，虽然提高开关频率可W减小无源器件电感、变压器和电 容的体积，但是，开关频率高了W后开关损耗增加，送样效率又很难保证，最终无法同时实 现高功率密度和高效率。
[0004] 为了实现同时提高效率和功率密度送个目标，交错并联的结构被提出。请参阅图 2,为现有技术中交错并联的H电平升压电路的电路图。如图2所示，Vin是输入直流电源、 电感111、L12、L21、L22是升压电感，开关管S11、S12、S21、S22是升压控制的开关元件，二 极管D11、D12、D21、D22是续流二极管，电容C1、C2是母线电容。两个H电平升压电路交错 工作，形成交错并联的H电平升压电路。每个H电平升压电路的工作过程是一样的，只是交 错的两个单元的开关管的驱动信号进行一定角度的相移，使得两个电感的电流纹波相加， 抵消特定次的谐波，最终使输入总电流的纹波幅值减小，频率增加，由此实现提高功率密度 的目的。
[0005] 但是，交错并联必须采样每个交错单元的输入电感或者开关管的电流，单独控制 每个交错单元的电流，并且要进行均流控制，在控制技术上比较复杂。对于图1所示的结 构，根据调制方式的不同，有开关管Sl和S2同时导通或者不同时导通两个方式，W开关管 Sl和S2同时导通方式为例，在图2所示的交错并联结构中需要单独检测两个交错单元的电 流，如电感L11、L12或者L21、L22的电流或者开关管S11、S12或者S21、S22的电流，分别 对两个并联单元的电流进行控制，并且需要输入电流的一半作为单元电流的参考进行均流 控制。至少需要两个电流采样器件，和H个电流控制环，增加了采样成本和控制复杂度。
[0006] 因此，交错并联结构需要采样各交错单元的电感或者开关管电流，进行电流的单 独控制，同时需要增加均流控制器消除各单元间的环流，采样的成本高，电流控制器结构复 杂。而且交错并联的单元数量多的时候（如大于两个并联单元）均流控制的复杂度增加很 多，对控制芯片的功能要求比较大，成本高。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有升压电路无法在保障效率和功率密度的 同时降低采样成本和控制复杂度的缺陷，提供一种采用多态开关实现的多态H电平升压电 路。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是；构造一种多态H电平升压电路，包 括：直流电压源、第一升压电感、第二升压电感、第一母线电容、第二母线电容和控制器；所 述第一母线电容和第二母线电容串联在所述多态H电平升压电路的第一主输出端和第二 主输出端之间；
[0009] 所述多态H电平升压电路还包括：第一多态开关和第二多态开关；直流电压源的 正输出端通过第一升压电感连接至所述第一多态开关的第一端；所述第一多态开关的第H 端连接至所述第一主输出端；所述直流电压源的负输出端通过第二升压电感连接至所述 第二多态开关的第一端；所述第二多态开关的第H端连接至所述第二主输出端；所述第一 多态开关和第二多态开关的第二端均连接至两个母线电容的中点；其中，第一多态开关和 第二多态开关的桥臂均受控于所述控制器，根据各个桥臂导通状态的不同形成多个开关模 态，使所述多态H电平升压电路呈现H电平。
[0010] 在本发明所述的多态H电平升压电路中，所述多态H电平升压电路为H态H电平 升压电路，所述第一多态开关和第二多态开关采用包含W下元件的多态开关：
[0011] 变压器，所述变压器的原边的同名端和副边的异名端相连作为多态开关的第一 端；且所述变压器的原边和副边的面数相等；
[0012] 两个整流元件，分别连接在所述变压器的原边的异名端与多态开关的第H端之 间，W及在所述变压器的副边的同名端与多态开关的第H端之间；
[0013] 两个开关元件，分别连接在所述变压器的原边的异名端与多态开关的第二端之 间，W及在所述变压器的副边的同名端与多态开关的第二端之间；每个开关元件构成一个 桥臂，均受控于所述控制器；
[0014] 两个多态开关均仅导通一个桥臂时构成所述多态H电平升压电路的第一开关模 态；两个多态开关的两个桥臂均导通构成所述多态H电平升压电路的第二开关模态；两个 多态开关的两个桥臂均断开时构成所述多态H电平升压电路的第H开关模态。
[001引在本发明所述的多态H电平升压电路中，所述多态H电平升压电路为N+1个开关 模态，其中N为大于2的整数；所述第一多态开关和第二多态开关采用包括W下元件的多态 开关：
[0016] 具有N个绕组的变压器，所述变压器的副边N个绕组的同名端和异名端首尾相连 构成闭合等边多边形，且所述变压器的原边与副边绕组的面数相等；所述变压器的原边N 个绕组的同名端相连作为多态开关的第一端；
[0017] N个整流元件，分别连接在所述变压器的原边N个绕组的异名端与多态开关的第 H端之间；
[0018] N个开关元件，分别连接在所述变压器的原边N个绕组的异名端与多态开关的第 二端之间；每个开关元件构成一个桥臂，受控于所述控制器；
[0019] 两个多态开关均有1至N-I个桥臂导通时形成所述多态H电平升压电路的第1至 N-I开关模态；两个多态开关的N个桥臂均导通形成所述多态H电平升压电路的第N开关 模态；两个多态开关的N个桥臂均断开时形成所述多态H电平升压电路的第N+1开关模态。
[0020] 在本发明所述的多态H电平升压电路中，所述第一升压电感和所述第一多态开关 的变压器采用第一集成变压器实现，所述第二升压电感和所述第二多态开关的变压器采用 第二集成变压器实现；所述第一集成变压器和第二集成变压器的原副边禪合系数的大小由 电路所需的电流纹波大小决定。
[0021] 在本发明所述的多态H电平升压电路中，所述多态开关中桥臂的开关元件的驱动 信号移相的角度为
[0022] 在本发明所述的多态H电平升压电路中，所述多态H电平升压电路还包括位于输 入端的滤波器，用于对共模噪声和差模噪声进行滤波。
[0023] 在本发明所述的多态H电平升压电路中，所述开关元件为金属-氧化层半导体场 效晶体管、隔离栅双极晶体管、结型场效应晶体管、集成口极换流晶间管、场控晶间管或绝 缘栅场效应管。
[0024] 本发明还提供了另一种多态H电平升压电路，包括：直流电压源、第一升压电感、 第二升压电感、第一母线电容、第二母线电容和控制器；还包括受控于所述控制器的第一多 态开关和第二多态开关，根据N个桥臂导通状态的不同形成N+1个开关模态，使所述多态H 电平升压电路呈现H电平，其中N为大于1的整数；
[00巧]第1至N-I开关模态时；两个多态开关的第一端、第二端间均等效导通，使所述直 流电压源、第一升压电感、第一多态开关、第二多态开关和第二升压电感形成第一回路为两 个升压电感储能；两个多态开关的第一端、第H端间均等效导通，使所述直流电压源、第一 升压电感、第一多态开关、第一母线电容、第二母线电容、第二多态开关和第二升压电感形 成第二回路为两个母线电容充电；
[0026] 第N开关模态时；两个多态开关的第一端、第二端间均等效导通，第一端、第H端 间均等效断开；使所述第一回路导通为两个升压电感储能，所述第二回路断开，两个母线电 容串联向负载放电；
[0027] 第N+1开关模态时；两个多态开关的第一端、第二端间均等效断开，第一端、第H 端间均等效导通；使所述第一回路断开，第二回路导通为所述两个母线电容充电。
[0028] 在本发明所述的多态H电平升压电路中，所述