专利名称：改进l型降压变换器的拓扑结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力电子降压变换器的电路拓扑结构，特别涉及一种改进L型DC-DC型降压变换器的拓扑结构。
背景技术：
在传统的DC-DC降压电路中，输入电压与输出电压差别很大时，常采用变压器结构的变换器，或是多级降压的结构，此时控制精度难以得到保证，同时多级串联的方式带来了结构复杂性及系统稳定性的问题。原有L型降压变换器的器件耐压并非全部都是一个电容的电压，因此对于器件选择造成了 一定的难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决输入电压与输出电压差值较高时的控制精度以及系统串联的复杂性、稳定性上的不足，提出了一种采用多个输入电容串联，并对各个输入级联电容分别进行降压控制的拓扑结构，实现高性能变换，并且拓扑中的器件耐压均等。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下
一种改进L型降压变换器的拓扑结构，构成该拓扑结构的器件之间的连接为通过k个
开关器件串联构成L型变换器的横轴；通过k个电容串联构成L型变换器的纵轴；横轴的最
后一个开关通过电感与负载一端相连，负载的另外一端与横轴各个节点间各有一个从负载端流向横轴的单向可控支路；横轴上相邻两个开关间的节点与对应的纵轴上两个电容间的节点，
由从纵轴流向横轴的单向开关连接，k为大于或等于1的正整数；通过扩展L型结构的横、纵轴以及单向整流支路、单向可控开关支路，可以拓展变换器的级数。第k级的开关及第k级电容构成扩展单元组，按上述的连接方式扩展电路时，可以增加变换器的级数。本发明的益处
与传统的DC-DC降压变换器相比较，本发明所公开的改进L型降压变换器釆用单电感的结构，对各个串联的输入侧电容进行分时独立放电，输入电压与输出电压的压差很大的情况下，有较高的控制精度，并克服了系统串联引入的可靠性及系统稳定性等方面的问题，并且拓扑中的器件耐压均等，为拓扑结构的使用及器件选择带来了方便。
图1为本发明提出的改进L型降压变换器的拓扑结构图。图2 (a)为MOSFET等效可控开关的示例图。图2 (b)为IGBT等效可控开关的示例图。图3为改进L型降压变换器的等效拓扑结构图
具体实施例方式
结合附图对本发明作进一步说明
图1为改进L型降压变换器的拓扑结构图。通过开关& 、 SU21……S^共k个器件串联
构成改进L型变换器的横轴；通过电容Cp C2……Ck共k个电容串联构成改进L型变换器的纵轴；开关S皿通过电感^与负载^一端相连，负载的另外一端与横轴各个节点间各有一个从负载端流向横轴的单向可控支路；可控开关512、 S22……&_2)2的顺序串联结构与可控开关<^_1)2相连；可控开关S, 、 S(,.+,)2的节点与二极管S。,, 、 间的节点之间有二极管^(,+1)2 ,
其阳极接可控开关S"、 5(,.+1)2间的节点；横轴上开关S^、 ^(^间的节点与纵轴上电容CVD、Ck间的节点有从纵轴流向横轴的单向开关，k为大于等于2的正整数，i=l，2……k。
开关&。 Sflt2、电容Cp开关S(wp构成改进L型变换器的扩展单元组，按上述
的连接方式扩展电路时，可以增加变换器的级数。
以图1中所示的电容Cn (n=l， 2……k)为例，对降压过程进行描述。开关&,、 &2(/>")
设置处于导通状态，开关S"C/、")处于断开状态，通过5^的开关状态切换对电容C。进行降
压变换的控制，详细过程如下。
阶段1:当开关&2导通时，使得二极管^("+D,……S^受正向偏压进入导通状态，此时
电容"、开关S^、 二极管&( +1>1……S朋、电感丄,、负载^、开关^_1)2、 2)2'…"&2、
&2、 S( —w的反并联二极管一起构成回路，电容向负载供电。
阶段2:当开关5 2截止时，电感Zp负载及。SW2、 S^构成回路，此时形成续流回路。
上述工作过程中，将电容Cn对应的两个开关管中，S",作为常开开关，&2作为调制开关。
若将S",、 &2的开关状态互换，&2作为常开开关，S",作为调制开关，电路功能仍完全一样。对于电容Ck而言，其只能选择开关&,作为调制管。
4对于纵轴上的其他电容而言，上述工作过程分析有如下特例需要排除
(1) 电容q在放电时，因为没有开关5^2存在，此时的回路是电容C。开关S,、 SD21……
sM、电感^、负载足、开关^_1)2……s22、 s12;
(2) 电容Ck在放电时，因为没有开关&2，此时的回路是电容Ck、开关&。电感^、SDt2、 S^",的反并联二极管构成回路。
图2 (a)为MOSFET等效可控开关的示例图。图2 (b)为IGBT等效可控开关的示例图。此类全控型可控器件均可以作为拓扑中的可控开关。
图3为改进L型降压变换器的等效拓扑图。可控开关S^所在支路改为断路，可控开关Su所在支路改为短路。在此情况下，电容<:2……Ck的工作过程与图1所示电路的工作过程一样，在此不做详述。
对于C,而言，其放电回路变为电容C,、 二极管<^21……SDA1、电感丄"负载A、开关
S"l)2《22、 《12 0
权利要求
1. 一种改进L型降压变换器的拓扑结构，其特征在于通过k个开关器件，二极管SD11、SD21……SDk1串联构成L型变换器的横轴；通过k个电容C1、C2……Ck串联构成L型变换器的纵轴；横轴上二极管SDi1、SD(i-1)1间的节点与纵轴上电容C(i-1)、Ci间的节点有从纵轴流向横轴的单向开关，其中i＝2……k；二极管SDk1的阴极通过电感LA与负载RL一端相连，负载的另外一端与可控开关S(k-1)2的一端相连；可控开关S(k-1)2的另一端与二极管SD(k-1)2及可控开关S(k-2)2的交点相连；二极管SDk2的阴极与二极管SDk1、SD(k-1)1间的节点相连；可控开关S12、S22……S(k-2)2的顺序串联结构与可控开关S(k-1)2相连；可控开关Si2、S(i+1)2的节点与二极管SDi1、SD(i+1)1间的节点之间有二极管SD(i+1)2，其阳极接可控开关Si2、S(i+1)2间的节点；上述描述中，k为大于或等于1的正整数；通过扩展L型结构的横、纵轴以及单向可控开关支路，将扩展变换器的级数。
2. 根据权利要求1所述的改进L型降压变换器的拓扑结构，其特征在于开关&, 、 SDtl 、 S 2、 S(t_1)2、电容Ck构成L型变换器的扩展单元组，按上述的连接方式扩展电路时，可以增加变换器的级数。
3. 根据权利要求1所述的改进L型降压变换器的拓扑结构，其特征在于开关&、 S21……&,、 S12……^选择可控电力电子开关IGBT、 MOSFET或等效带反并联二极管的可 控开关拓扑。
4. 根据权利要求1所述的改进L型降压变换器的拓扑结构，其特征在于可控开关5011 所在支路改为断路，可控开关Su所在支路改为短路，电路仍正常工作。
5. 根据权利要求1所述的改进L型降压变换器的拓扑结构，其特征在于将开关521…… &,改为开关串联形式，开关&,由n个耐压一致的较低耐压器件串联构成，其中11=1,2……k， 将满足每个开关管的耐压均衡的要求。
全文摘要
本发明公开了改进L型降压变换器的拓扑结构，通过k个开关器件，二极管S<sub>D11</sub>、S<sub>D21</sub>……S<sub>Dk1</sub>串联构成L型变换器的横轴；通过k个电容C<sub>1</sub>、C<sub>2</sub>……C<sub>k</sub>串联构成L型变换器的纵轴；横轴上开关S<sub>Di1</sub>、S<sub>D(i-1)1</sub>间的节点与纵轴上电容C<sub>(i-1)</sub>、C<sub>i</sub>间的节点有从纵轴流向横轴的单向开关，其中i＝2……k；开关S<sub>Dk1</sub>的阴极通过电感L<sub>A</sub>与负载R<sub>L</sub>一端相连，负载的另外一端与可控开关S<sub>(k-1)2</sub>的一端相连；可控开关S<sub>(k-1)2</sub>的另一端与二极管S<sub>D(k-1)2</sub>及可控开关S<sub>(k-2)2</sub>的交点相连；二极管S<sub>Dk2</sub>的阴极与二极管S<sub>Dk1</sub>、S<sub>D(k-1)1</sub>间的节点相连；可控开关S<sub>12</sub>、S<sub>22</sub>……S<sub>(k-2)2</sub>的顺序串联结构与可控开关S<sub>(k-1)2</sub>相连；可控开关S<sub>i2</sub>、S<sub>(i+1)2</sub>的节点与二极管S<sub>Di1</sub>、S<sub>D(i+1)1</sub>间的节点之间有二极管S<sub>D(i+1)2</sub>，其阳极接可控开关S<sub>i2</sub>、S<sub>(i+1)2</sub>间的节点；i为大于或等于1的正整数；通过扩展L型结构的横、纵轴及单向可控开关支路，扩展变换器的级数。
文档编号H02M3/07GK101488708SQ20081022447
公开日2009年7月22日 申请日期2008年12月11日 优先权日2008年12月11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