一种buck倍频电路的制作方法
【专利摘要】一种BUCK倍频电路，涉及大功率直流降压技术领域。本发明是为了解决现有的大功率直流降压电路开关管开关频率低，导致电感比较大，大电流时电感体积就会很大，并且电感上电流纹波比较大，导致产生人耳听觉范围内不可忍受的噪声的问题。本发明n个IGBT开关管Gn并联为开关管组，直流电源的正极连接开关管组的正极，开关管组的负极同时连接滤波电感L的一端和续流二极管D的负极，续流二极管D的正极同时连接直流电源DC的负极、滤波电容C的负极和电阻R的一端，滤波电容C的正极同时连接滤波电感L的另一端和电阻R的另一端。它用在大容量蓄电池组、锂电池组以及超级电容组充电领域。
【专利说明】
一种BUCK倍频电路
技术领域
[0001] 本发明涉及大功率直流降压技术。
【背景技术】
[0002] 大功率BUCK电路被广泛用在大容量蓄电池组、锂电池组以及超级电容组充电领 域。由于大功率BUCK电路电压、电流等级比较高，一般选择IGBT开关管容量很大，而大容量 IGBT开关管开关频率比较低。
[0003] 较低的开关频率会导致输出滤波电感比较大，大电流时电感体积就会很大。而且 电感上电流纹波比较大，且电流纹波频率为开关频率，一般在人耳听觉范围内，这样就会产 生人耳无法忍受的噪音，此种变换器不适合应用在人流量比较大或者要求变换器具有小体 积的场合，比如地铁站储能、公交站储能、以及一些舰船储能。
【发明内容】
[0004] 本发明是为了解决现有的大功率直流降压电路开关管开关频率低，导致电感比较 大，大电流时电感体积就会很大，并且电感上电流纹波比较大，导致产生人耳听觉范围内不 可忍受的噪声的问题。现提供一种BUCK倍频电路。
[0005] -种BUCK倍频电路，它包括直流电源DC、滤波电感L、滤波电容C、电阻R、续流二极 管D和η个IGBT开关管Gn，η为倍频数，
[0006] η个IGBT开关管Gn并联为开关管组，
[0007] 直流电源的正极连接开关管组的正极，开关管组的负极同时连接滤波电感L的一 端和续流二极管D的负极，续流二极管D的正极同时连接直流电源DC的负极、滤波电容C的负 极和电阻R的一端，
[0008] 滤波电容C的正极同时连接滤波电感L的另一端和电阻R的另一端。
[0009] 一种BUCK倍频电路，在一个工作周期中，η个IGBT开关管Gn依次进行了一次开启和 关闭，每个IGBT开关管Gn开启时，滤波电感电流i L开始上升，此时该IGBT开关管Gn占空比小 于1/n，则此时的电流上升值为：
[0010]
[0011]式中，L为滤波电感，T为IGBT开关周期，
[0012]每个IGBT开关管Gn关闭时，电流通过续流二极管D续流，此时滤波电感L的电流iL 开始下降，滤波电容C的电压Vo开始下降；
[0013] n个IGBT开关管Gn占空比D为：
[0014]
[0015]式中，V。为滤波电容C的电压，Vin为直流电源DC的电压，
[0016] 每个IGBT开关管Gn的占空比为：
[0017]
[0018] 式中，Dgn为每个IGBT开关管的占空比，
[0019] 将公式3带入公式1，得到：
[0020]
[0021]因此，每个GBT开关管Gn的占空比为D/n。
[0022]本发明的有益效果为:n个开关管并联就可以实现η倍频，在一个工作周期中，η个 IGBT开关管依次进行了一次开启和关闭，每个IGBT开关管开启时，滤波电感L的电流iL开始 上升，此时该IGBT开关管占空比为小于1/n，每个IGBT开关管关闭时，电流通过续流二极管D 续流，此时滤波电感L的电流k开始下降，滤波电容C的电压Vo开始下降;在一个循环周期中 电感电流iL循环了η次，电感纹波电流变为原来单个IGBT开关管的1/n，所以相同纹波电流 要求的设计中，电感为原电感值的l/η。本发明采用η个开关管并联代替之前的单开关管，通 过合理安排η个开关管导通顺序，使各并联开关管交替工作以至于使输出滤波电感纹波减 小，且开关频率提高η倍，当电感纹波电流频率大于20ΚΗζ时，噪音超出了人耳听觉范围，从 而达到降低噪音的目的。本发明的优点为：1、可使大功率BUCK电路低噪音:通过倍频技术， 将输出滤波电感上电流频率提升到20KHz以上，使震动超出人耳听觉范围；2、可减小输出滤 波电感体积:通过倍频技术，使频率提高，从而在达到相同电流纹波的情况下，有效减小电 感值，从而减小电感体积;3、由于多个开关管并联，提高了BUCK控制器可靠性，当某个开关 管故障时，可以降频继续工作，实现冗余备份。
【附图说明】
[0023]图1为【具体实施方式】一所述的一种BUCK倍频电路的原理图；
[0024]图2为【具体实施方式】一所述的一种BUCK倍频电路中η为3时的驱动波形图；
[0025]图3为【具体实施方式】一所述的一种BUCK倍频电路中η为3时的工作波形图，io表示 滤波电感电流的平均值。
【具体实施方式】
[0026]【具体实施方式】一:参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种BUCK倍频 电路，它包括直流电源DC、滤波电感L、滤波电容C、电阻R、续流二极管D和η个IGBT开关管Gn， η为倍频数，
[0027] η个IGBT开关管Gn并联为开关管组，
[0028]直流电源的正极连接开关管组的正极，开关管组的负极同时连接滤波电感L的一 端和续流二极管D的负极，续流二极管D的正极同时连接直流电源DC的负极、滤波电容C的负 极和电阻R的一端，
[0029] 滤波电容C的正极同时连接滤波电感L的另一端和电阻R的另一端。
[0030] 本实施方式中，采用η个开关管并联代替之前的单开关管，通过合理安排η个开关 管导通顺序，使各并联开关管交替工作以至于使输出滤波电感纹波减小，且开关频率提高η 倍，当电感纹波电流频率大于20ΚΗζ时，噪音超出了人耳听觉范围，从而达到降低噪音的目 的。通过合理安排各开关管开关时序，实现输出滤波电感电流纹波η倍频，采用η个并联开关 管代替单个开关管，当某个开关管失效时，可以降频运行，实现系统冗余备份。
【具体实施方式】 [0031] 二:参照图2具体说明本实施方式，本实施方式是对一 所述的一种BUCK倍频电路作进一步说明，本实施方式中，每个IGBT开关管(Gn)的频率为Τ， 第η个IGBT开关管(Gn)比第n-1个IGBT开关管(Gn)滞后T/n。
【具体实施方式】 [0032] 三:参照图1至图3具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施 方式一所述的一种BUCK倍频电路作进一步说明，本实施方式中，在一个工作周期中，η个 IGBT开关管Gn依次进行了一次开启和关闭，每个IGBT开关管Gn开启时，滤波电感电流i L开 始上升，此时该IGBT开关管Gn占空比小于1 /η，则此时的电流上升值为：
[0033]
[0034]式中，L为滤波电感，Τ为IGBT开关周期，
[0035]每个IGBT开关管Gn关闭时，电流通过续流二极管D续流，此时滤波电感L的电流iL 开始下降，滤波电容C的电压Vo开始下降；
[0036] η个IGBT开关管Gn占空比D为：
[0037]
[0038] 式中，V。为滤波电容C的电压，Vin为直流电源DC的电压，
[0039] 每个IGBT开关管Gn的占空比为：
[0040]
[0041] 式中，Dgn为每个IGBT开关管的占空比，
[0042]将公式3带入公式1，得到：
[0043]
[0044]因此，每个GBT开关管Gn的占空比为D/n。
[0045] 本实施方式中，如图2所示，当η为3时，为3个IGBT开关管(Gn)并联连接，每个开关 管频率为T，而G2开关管比G1开关管滞后T/n(n为并联IGBT数量)开通;G3开关管滞后G2开关 管T/n开通，以此类推，Gn开关管滞后G(n-l)开关管T/n开通。而每个IGBT开关管占空比最大 为 T/n〇
[0046] 如图3所示，在如^寸间段，G1开启，电感电流开始上升，此时G1占空比为Dgl〈l/n (η为并联IGBT数量），则此时电流上升值为：
[0047]
[0048] Vin为输入电源电压，L为滤波电感，T为IGBT开关周期。
[0049] 在七士时间段，此时G1关闭，电流通过续流二极管D续流，此时电流开始下降，滤波 电容电压Vo开始下降。
[0050] 在〖2-〖3时间段，G2开启，电感电流开始上升，此时G2占空比为Dg2〈l/n(n为并联 IGBT数量），则此时电流上升值为：
[0051]
[0052]在t3_t4时间段，此时G2关闭，电流通过续流二极管D续流，此时电流开始下降，滤波 电容电压Vo开始下降。
[0053] 在间段，G3开启，电感电流开始上升，此时G3占空比为Dg3〈l/n(n为并联 IGBT数量），则此时电流上升值为：
[0054]
[0055] 在^46时间段，此时G3关闭，电流通过续流二极管D续流，此时电流开始下降，滤波 电容电压Vo开始下降。
[0056] 在t6时刻以后G1重新开启，开启下一个循环周期，在一个循环周期中电感电流k循 环了 3次。
【主权项】
1. 一种BUCK倍频电路，其特征在于，它包括直流电源DC、滤波电感L、滤波电容C、电阻R、 续流二极管D和η个IGBT开关管Gn，η为倍频数， η个IGBT开关管Gn并联为开关管组， 直流电源的正极连接开关管组的正极，开关管组的负极同时连接滤波电感L的一端和 续流二极管D的负极，续流二极管D的正极同时连接直流电源DC的负极、滤波电容C的负极和 电阻R的一端， 滤波电容C的正极同时连接滤波电感L的另一端和电阻R的另一端。2. 根据权利要求1所述的一种BUCK倍频电路，其特征在于，每个IGBT开关管Gn的频率为 T，第η个IGBT开关管Gn比第n-1个IGBT开关管Gn滞后T/n。3. 根据权利要求1或2所述的一种BUCK倍频电路，其特征在于， 在一个工作周期中，η个IGBT开关管Gn依次进行了一次开启和关闭，每个IGBT开关管Gn 开启时，滤波电感电流k开始上升，此时该IGBT开关管Gn占空比小于I/n，则此时的电流上 升值为：式中，L为滤波电感，T为IGBT开关周期， 每个IGBT开关管Gn关闭时，电流通过续流二极管D续流，此时滤波电感L的电流k开始下 降，滤波电容C的电压Vo开始下降； η个IGBT开关管Gn占空比D为：式中，V。为滤波电容C的电压，Vin为直流电源DC的电压， 每个IGBT开关管Gn的占空比为：式中，Dgn为每个IGBT开关管的占空比， 将公式3带入公式1因此，每个GBT开关管Gn的占空比为D/n。
【文档编号】H02M1/14GK105896982SQ201610317263
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】段建东, 肖倩, 凡绍桂, 张东, 孙力
【申请人】哈尔滨工业大学