多相多重斩波电路的制作方法
【专利摘要】一种多相多重斩波电路，包括：第一电抗器，一端与直流电源的正极连接；第一电容，一端与所述第一电抗器的另一端连接，另一端与直流电源的负极连接；M个开关管，各输入端共接后与所述第一电抗器的另一端连接，各输出端共接后与第二电抗器的一端以及续流二极管的阴极相接，各控制端分别接入相隔1/M个开关周期的控制信号，M为大于等于2的整数，续流二极管，阳极与直流电源的负极连接，第二电抗器的另一端与负载的正端连接在传统BUCK电路的开关管上再并入一个以上开关管，能使开关频率在单个开关管频率一定的条件下电源电流和输出电流的脉动频率得到成倍的增加，减小了产品受到开关器件本身开关频率的限制，从而在很大程度上减小了产品的体积和重量。
【专利说明】多相多重斩波电路
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电力电子【技术领域】，尤其涉及一种多相多重斩波电路。
【背景技术】
[0002]目前电源类功率变换产品都是朝着频率高、体积小、重量轻的方向发展，由于磁性兀件的体积和重量是随着电流脉动频率的提闻而减小的，而开关频率的提闻将会相应的提高电流脉动频率，参考图1，传统的BUCK(降压式斩波器)变换电路由于受到开关器件本身开关频率的限制，很难把开关频率进一步提高，从而很难进一步减小产品的体积和重量。参考图2，普通的三相三重降压斩波电路，相当于三个降压斩波电路单元并联而成，虽然能使电源电流和输出电流的脉动频率在单个开关管频率一定的条件下为单个斩波电路时的三倍，但是流过每个开关管串联的电抗器的电流脉动频率并没有得到相应的提高，从而在整体上并没有减少该部分磁性元件的体积和重量，反而增加了器件的数量，增加了系统的成本。
实用新型内容
[0003]基于此，有必要针对能使传统的斩波电路开关频率低、体积大、成本高的问题，提供一种简单可靠的多相多重斩波电路。
[0004]一种多相多重斩波电路，连接于直流电源和负载之间，包括:
[0005]续流二极管；
[0006]第二电抗器；
[0007]第一电抗器，一端与直流电源的正极连接；
[0008]第一电容，一端与所述第一电抗器的另一端连接，另一端与所述直流电源的负极连接；
[0009]M个开关管，各输入端共接后与所述第一电抗器的另一端连接，各输出端共接后与所述第二电抗器的一端以及所述续流二极管的阴极相接，各控制端分别接入相隔1/M个开关周期的控制信号，M为大于等于2的整数，
[0010]所述续流二极管的阳极与所述直流电源的负极连接，所述第二电抗器的另一端与所述负载的正端连接。
[0011]进一步地，所述开关管为三个。
[0012]进一步地，所述开关管为三极管，所述开关管的输入端、输出端、控制端分别为三极管的集电极、发射极、基极；或
[0013]所述开关管为N型MOS管，所述开关管的输入端、输出端、控制端为MOS管的漏极、源极、栅极；或
[0014]所述开关管为IGBT管，所述开关管的输入端、输出端、控制端为IGBT管的集电极、发射极、栅极。
[0015]进一步地，还包括:第二电容，一端与所述第二电抗器的另一端连接，另一端与所述直流电源的负极连接。
[0016]上述多相多重斩波电路在传统BUCK电路的开关管上再并入一个以上开关管，能使开关频率在单个开关管频率一定的条件下电源电流和输出电流的脉动频率得到成倍的增加，减小了产品受到开关器件本身开关频率的限制，使开关频率得到提高，从而在很大程度上减小了产品的体积和重量。并且与传统的降压斩波电路相比，省去了与三个开关管串联的电抗器，省去了两个续流二极管，从而减少了系统的器件数量，进而减小了产品的体积和重量，使系统的成本得到很大程度上的降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是传统的BUCK变换电路；
[0018]图2是传统的三相三重降压斩波电路；
[0019]图3是一实施例提供的多相多重斩波电路；
[0020]图4是图3电路工作时的主要电量波形图。
【具体实施方式】
[0021]为了使本实用新型要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0022]如图3所示，多相多重斩波电路连接于直流电源E和负载R之间，包括:第一电抗器L1、第一电容C1、M个开关管、续流二极管VD1、第二电抗器L2、第二电容C2。
[0023]第一电抗器LI的一端与直流电源E的正极连接,第一电抗器LI的另一端与第一电容Cl的一端连接,第一电容Cl的另一端与直流电源E的负极连接。第一电抗器LI和第一电容Cl组成输入LC滤波电路，减小输入端的纹波，使输入端电压稳定性得到提高。
[0024]M个开关管的各输入端共接后与所述第一电抗器LI的另一端连接，M个开关管的各输出端共接后与第二电抗器L2的一端以及续流二极管VDl的阴极相接，即是该M个开关管并联，M个开关管的各控制端分别接入相隔1/M个开关周期的控制信号，该控制信号可以外部芯片(如单片机、DSP、微控制器以及专用集成电路控制芯片等)产生，用于控制相应的开关管通断，M为大于等于2的整数。开关管的作用是轮流导通斩波控制产生所需输出电压。
[0025]多相多重斩波电路中的相数指的是一个控制周期中电源侧的电流脉冲数(本实施例中对应控制信号数)；重数指的是一个控制周期中负载电流脉冲数。
[0026]续流二极管VDl的阳极与直流电源E的负极连接，第二电抗器L2的另一端与负载R的正端连接。续流二极管VDl的作用是在各个开关管关断时给第二电抗器L2提供续流通道。
[0027]结果表明:在电路中输入端加入第一电抗器LI和第一电容Cl,成本不怎么增加的基础上，利用第一电抗器LI两端电流不能突变和第一电容Cl两端电压不能突变的原理，组成LC滤波电路很大程度上提高了输入端电压的稳定性从而提高了输出端电压的精度。
[0028]在传统BUCK电路的开关管上再并入一个以上开关管，能使输入的直流电源电流和输出电流的脉动频率在单个开关管频率一定的条件下为单个斩波电路时的两倍以上，使等效的开关频率得到成倍的提高，从而在很大程度上减小了输入和输出磁性器件的体积和重量，从而减小了产品的体积和重量，节省了系统的成本。
[0029]在一个实施例中，开关管为三个，即M = 3。分别为第一开关管V1、第二开关管V2和第三开关管V3，第一开关管V1、第二开关管V2和第三开关管V3通过三组控制信号使其依次导通，三组控制信号的相位相差1/3开关周期，能使直流电源电流和输出电流的脉动频率在单个开关管频率一定的条件下为单个斩波电路时的三倍，使等效的开关频率得到成倍的提高，使输入和输出端磁性器件的体积和重量得到减小，从而在很大程度上减小了产品的体积和重量，节省了系统的成本。
[0030]本实施例中，上述的开关管为三极管，开关管的输入端、输出端、控制端分别为三极管的集电极、发射极、基极。或开关管为N型MOS管，开关管的输入端、输出端、控制端为MOS管的漏极、源极、栅极。或开关管为IGBT管，开关管的输入端、输出端、控制端为IGBT管的集电极、发射极、栅极。
[0031]第二电容C2的一端与第二电抗器L2的另一端连接，第二电容C2的另一端与直流电源E的负极连接。第二电抗器L2是储能电抗器，主要作用的储存输入能量，并且第二电抗器L2和第二电容C2构成输出滤波电路，主要作用是使输出得到平滑的电压和电流波形。
[0032]1、结合图3说明多相多重斩波电路的基本工作原理。
[0033]一个周期的工作原理可简述如下，可分为以下六个工作状态:
[0034]第一个工作状态:开关管Vl闭合，续流二极管VDl处于反向偏置截止状态、第二开关管V2和第三开关管V3处于断开状态，第二电抗器L2处于充电状态，电流从直流电源E的正极流出，流进第一电抗器LI，第一电抗器LI流出的电流经过导通的第一开关管Vl再流进输出第二电抗器L2，电流经输出第二电抗器L2后流经负载R，最后流进直流电源E的负极，形成以第一开关管Vl为基础充电回路；
[0035]第二个工作状态:第一开关管V1、第二开关管V2和第三开关管V3都断开，续流二极管VDl处于正向偏置导通状态，第二电抗器L2处于放电状态，电流从输出第二电抗器L2右端流出，流经负载R和续流二极管VDl，最后流进输出第二电抗器L2左端，形成放电回路；
[0036]第三个工作状态:第二开关管V2闭合，续流二极管VDl处于反向偏置截止状态、第一开关管Vl和第三开关管V3断开，第二电抗器L2处于充电状态，电流从直流电源E的正极流出，流进第一电抗器LI，第一电抗器LI流出的电流经过导通的第二开关管V2再流进输出第二电抗器L2，电流经输出第二电抗器L2后流经负载R，最后流进直流电源E的负极，形成以第二开关管V2为基础的充电回路；
[0037]第四个工作状态:第一开关管V1、第二开关管V2和第三开关管V3都断开，续流二极管VDl处于正向偏置导通状态，第二电抗器L2处于放电状态，电流从输出第二电抗器L2右端流出，流经负载R和续流二极管VDl，最后流进输出第二电抗器L2左端，形成放电回路；
[0038]第五个工作状态:第三开关管V3闭合，续流二极管VDl处于反向偏置截止状态、第一开关管Vl和第二开关管V2断开，第二电抗器L2处于充电状态，电流从直流电源E的正极流出，流进第一电抗器LI，第一电抗器LI流出的电流经过导通的第三开关管V3再流进输出第二电抗器L2，电流经输出第二电抗器L2后流经负载R，最后流进直流电源E的负极，形成以第三开关管V3为基础的充电回路；
[0039]第六个工作状态第一开关管Vl、第二开关管V2和第三开关管V3都断开，续流二极管VDl处于正向偏置导通状态，第二电抗器L2处于放电状态，电流从输出第二电抗器L2右端流出，流经负载R和续流二极管VDl (二极管)，最后流进输出第二电抗器L2左端，形成放电回路；
[0040]2、结合图3、4，对多相多重斩波电路的工作过程电量波形分析:
[0041]假定在初始时刻TO之前，第一开关管V1、第二开关管V2和第三开关管V3都处于断开状态，输出电流1ut通过续流二极管VDl续流。其工作过程中相关电量波形如图3所示，Gl为第一开关管Vl的控制信号波形、G2为第二开关管V2的控制信号波形、G3为第三开关管V3的控制信号波形、1ut为输出电流的波形。
[0042](I)TO ?Tl 时间段:
[0043]在这一时间段，第一开关管Vl导通，续流二极管VD1、第二开关管V2和第三开关管V3都处于断开状态，第二电抗器L2处于充电状态，输出电流1ut在输入直流电源E的作用下，线性的增加。
[0044](2)T1 ?T2 时间段:
[0045]在这一时间段，续流二极管VDl导通，第一开关管Vl、第二开关管V2和第三开关管V3都处于断开状态，第二电抗器L2处于放电状态，输出电流1ut线性的减小。
[0046](3)Τ2 ?Τ3 时间段:
[0047]在这一时间段，第二开关管V2导通，续流二极管VD1、第一开关管Vl和第三开关管V3都处于断开状态，第二电抗器L2处于充电状态，输出电流1ut在输入直流电源E的作用下，线性的增加。
[0048](4)Τ3 ?Τ4 时间段:
[0049]在这一时间段，续流二极管VDl导通，第一开关管Vl、第二开关管V2和第三开关管V3都处于断开状态，第二电抗器L2处于放电状态，输出电流1ut线性的减小。
[0050](5)Τ4 ?Τ5 时间段:
[0051]在这一时间段，第三开关管V3导通，续流二极管VD1、第一开关管Vl和第三开关管V3都处于断开状态，第二电抗器L2处于充电状态，输出电流1ut在输入直流电源E的作用下，线性的增加。
[0052](6)Τ5 ?Τ6 时间段:
[0053]在这一时间段，续流二极管VDl导通，第一开关管Vl、第二开关管V2和第三开关管V3都处于断开状态，第二电抗器L2处于放电状态，输出电流1ut线性的减小。
[0054]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种多相多重斩波电路，连接于直流电源和负载之间，其特征在于，包括: 第一电抗器，一端与所述直流电源的正极连接； 第一电容，一端与所述第一电抗器的另一端连接，另一端与所述直流电源的负极连接; 续流二极管； 第二电抗器； M个开关管，各输入端共接后与所述第一电抗器的另一端连接，各输出端共接后与所述第二电抗器的一端以及所述续流二极管的阴极相接，各控制端分别接入相隔1/M个开关周期的控制信号，M为大于等于2的整数； 所述续流二极管的阳极与所述直流电源的负极连接，所述第二电抗器的另一端与所述负载的正端连接。
2.根据权利要求1所述的多相多重斩波电路，其特征在于，所述开关管为三个。
3.根据权利要求1或2所述的多相多重斩波电路，其特征在于，所述开关管为三极管，所述开关管的输入端、输出端、控制端分别为三极管的集电极、发射极、基极；或 所述开关管为N型MOS管，所述开关管的输入端、输出端、控制端为MOS管的漏极、源极、栅极；或 所述开关管为IGBT管，所述开关管的输入端、输出端、控制端为IGBT管的集电极、发射极、栅极。
4.根据权利要求1或2所述的多相多重斩波电路，其特征在于，还包括:第二电容，一端与所述第二电抗器的另一端连接，另一端与所述直流电源的负极连接。
【文档编号】H02M3/155GK203827176SQ201420221922
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】谢宏伟 申请人:深圳市贝壳电气技术有限公司