一种斩波电路和能源控制系统的制作方法

本实用新型涉及电压变换器领域，特别涉及一种斩波电路和能源控制系统。

背景技术：

具有斩波电路的斩波变换器广泛应用于电动汽车、地铁、太阳能光伏发电等领域。斩波变换器是一种单管不隔离直流变换器，其输出电压和输入电压的极性相反，且输出电压既能高于输入电压，又能低于输入电压。

现有技术中，斩波变换器中的斩波电路的电压增益不够大，不能满足用户更多的需求。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本公开的实施例对现有的斩波电路进行了改进，提供了一种电压增益较大，能够满足用户更多的需求，并同时降低电路中相关电子元器件的电压应力的斩波电路。

根据本公开的第一方案，提出了一种斩波电路，所述斩波电路包括第一支路和第二支路；

所述第一支路的两端分别与外部电源的两端连接，所述第一支路的输出端与所述外部电源的输入端之间还设有开关，第一支路通过所述开关与所述第二支路连接，以增大第二支路的输入侧的电压；

所述第二支路的输出电压加载于目标电路，所述第二支路还包括续流单元，所述续流单元与所述开关连接，以在所述开关的控制下调节所述目标电路侧的电压。

斩波电路的上述结构使得斩波电路的电压增益并同时降低了电路中相关电子元器件的应力，使得斩波电路的性能更稳定，且可靠性较高。

在一些实施例中，所述第一支路包括第一单元和第二单元，所述第一单元与所述第二单元并联连接，以调节所述第一支路的输出电压。

在一些实施例中，所述第一单元包括第一电感和第一二极管，所述第一电感与所述第一二极管串联连接并设置在所述第二二极管的前侧，使得所述外部电源给所述第一电感充电时，所述第一二极管导通；所述第二单元包括第二电感和第二二极管，所述第二二极管与所述第二电感串联连接并设置在所述第二电感的前侧，使得第二二极管导通时，所述外部电源能够给所述第二电感充电。

在一些实施例中，所述第一电感的工作参数与所述第二电感的工作参数相同。

在一些实施例中，所述第一支路还包括第三单元，所述第三单元与第一单元之间设置有第一电容，所述第一电容为极性电容，其工作状态随所述第一单元的充电或放电状态的变化而变化；所述第三单元与第二单元之间设置有第三二极管，所述第三二极管的工作状态随所述第一电容的充电或放电状态的变化而变化。

在一些实施例中，所述续流单元包括第二电容和第三电容，所述第二电容与所述第三电容之间通过二极管连接，以使续流单元在所述开关的控制下能够切换工作状态。

在一些实施例中，所述第二电容和第三电容均为极性电容，且所述第二电容的电容量不大于所述第三电容的电容量。

在一些实施例中，所述第二电容与第三电容的负极之间串联连接有第五二极管，所述第二电容与第三电容的正极之间串联连接有第六二极管。

在一些实施例中，所述第二支路还包括第三电感，所述第三电感与所述续流单元连接，所述第三电感与第三电容之间连接所述目标电路。

一种能源控制系统，包括太阳能电源组件、负载以及斩波变换器，所述斩波变换器本公开的斩波电路，所述太阳能电源组件为所述斩波变换器提供电力，所述电力经所述斩波变换器调节后加载于所述负载上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本公开的斩波电路的电压增益较大，能够满足用户更多的需求，并且电路中相关电子元器件的电压应力较低，斩波电路的性能更稳定，可靠性较高。

附图说明

图1为本实用新型实施例的斩波电路的结构图；

图2为本实用新型实施例的斩波电路的第一工作状态的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的斩波电路的第二工作状态的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的能源控制系统的示意图。

附图标记说明:

1-第一支路；11-第一单元；12-第二单元；13-第三单元；2-第二支路；21-续流单元；3-开关。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型，下面参照附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，本实用新型的实施例的一种斩波电路，包括第一支路1和第二支路2；第一支路1的两端分别与外部电源的两端连接，第一支路1的输出端与外部电源的输入端之间还设有开关3，第一支路1通过开关3与第二支路2连接，以增大第二支路2的输入侧的电压；第二支路2的输出电压加载于目标电路，第二支路2还包括续流单元21，续流单元21与开关3连接，以在开关3的控制下调节目标电路侧的电压；其中，斩波电路的工作状态有两种，其工作状态在开关3的控制下进行切换，以调节加载于目标电路的电压。

在一些实施例中，第一支路1包括第一单元11和第二单元12，第一单元11与第二单元12并联连接，以调节第一支路1的输出电压。

在一些实施例中，第一单元11包括第一电感(L1)和第一二极管(D1)，第一电感(L1)与第一二极管(D1)串联连接并设置在第一二极管(D1)的前侧，使得外部电源给第一电感(L1)充电时，第一二极管(D1)导通；

第二单元12包括第二电感(L2)和第二二极管(D2)，第二二极管(D2)与第二电感(L2)串联连接并设置在第二电感(L2)的前侧，使得第二二极管(D2)导通时，外部电源能够给第二电感(L2)充电。

在一些实施例中，第一电感(L1)的工作参数与第二电感(L2)的工作参数相同。

在一些实施例中，第一支路1还包括第三单元13，第三单元13与第一单元11之间设置有第一电容(C1)，第一电容(C1)为极性电容，第三单元13与第二单元12之间设置有第三二极管(D3)，第三单元13在开关3的切换下实现不同的功能，当开关3导通时，第三单元13使第三二极管(D3)截至，第一二极管(D1)与第二二极管(D2)导通，第一电感(L1)、第二电感(L2)以及第一电容(C1)处于充电状态，第一单元11与第二单元12处于通路，当开关3断开时，第三单元13使第三二极管(D3)导通，第一二极管(D1)与第二二极管(D2)截至，第一电感(L1)与第二电感(L2)串联连接，且均处于放电状态。具体来说，第三单元13的实现方式有多种，如一个二极管(D4)和一个电阻(r)串联连接或单独串联一个电阻等，在此不做具体限定。

在一些实施例中，续流单元21包括第二电容(C2)和第三电容(C3)，第二电容(C2)与第三电容(C3)之间通过二极管连接，二极管在开关3的切换下能够实现导通或截至状态的切换，以使续流单元21切换工作状态。

进一步地，第二电容(C2)和第三电容(C3)均为极性电容，且第二电容(C2)的电容量不大于第三电容(C3)的电容量；第二电容(C2)与第三电容(C3)的负极之间串联连接有第五二极管(D5)，第二电容(C2)与第三电容(C3)的正极之间串联连接有第六二极管(D6)，当开关3断开时，第二电容(C2)和第三电容(C3)同时处于放电状态，两电容的电容量的限制使得第五二极管(D5)和第六二极管(D6)均截至，第二电容(C2)与第三电容(C3)串联连接。

在一些实施例中，第二支路2还包括第三电感(L3)，第三电感(L3)与续流单元21连接，第三电感(L3)与第三电容(C3)之间连接目标电路，第三电感(L3)在开关3的控制下切换充电或放电的状态，当第三电感(L3)放电时，第五二极管(D5)和第六二极管(D6)实现对第三电感(L3)的续流功能。优选地，目标电路的两端还并联有第四电容(C4)，以实现对电流的滤波功能。

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型，下面以本公开的一个实施例为例，结合图2和图3，对本公开的斩波电路的两种工作状态及相关电子元器件的应力分析进行详细说明。

在本公开的实施例中，相关电子元器件的参数设置为：L1＝L2＝L，L3＝L’，C2＝C3。

在本公开的实施例的下列公式中，Ui表示外部电源输入电压，U0表示第二支路2的输出电压，U3表示开关3两端的电压，i1表示第一电感(L1)的电流，i2表示第二电感(L2)的电流，i3表示第三电感(L3)的电流，Δi1+表示第一电感(L1)增加的电流，Δi3+表示第三电感(L3)增加的电流，Δi1-表示第一电感(L1)减少的电流，Δi3-表示第三电感(L3)减少的电流，UC2表示第二电容(C2)的两端的电压，UC3表示第三电容(C2)的两端的电压，D表示占空比，T表示时间。需要说明的是，上述符号在下列公式中所代表的含义均相同。

开关导通后，如图2所示，第一支路1与外部电源形成回路；

第一支路1中，第一二极管(D1)、第二二极管(D2)和第四二极管(D4)导通，第一电容(C1)处于充电状态，第三单元13通过第一电容(C1)与第一单元11的第一电感(L1)并联，第三二极管(D3)截至，第一电感(L1)和第二电感(L2)并联连接，且第一电感(L1)和第二电感(L2)均处于充电状态，电感电流均增加；

第二支路2中，第五二极管(D5)和第六二极管(D6)截至，第二电容(C2)与第三电容(C3)串联连接，且均处于放电状态，第三电感(L3)处于充电状态，第四电容(C4)的两端加载于目标电路的输出电压大于外部电源的输入电压。

电压方程式1：

电感电流变化量的方程式1：

开关断开后，如图3所示，第一支路1与第二支路2串联连接，并与外部电源形成回路；

第一支路1中，第一二极管(D1)和第二二极管(D2)截至，第三二极管(D3)和第四二极管(D4)导通，第一电容(C1)处于放电状态，第一电感(L1)和第二电感(L2)串联连接，且第一电感(L1)和第二电感(L1)的两端的电压反向，并均处于放电状态，电感电流均减少；

第二支路2中，第五二极管(D5)和第六二极管(D6)均导通，第二电容(C2)和第三电容(C3)均处于充电状态，第三电感(L3)的两端的电压反向，且第三电感(L3)处于放电状态，电感电流减少，第四电容(C4)的两端加载于目标电路的输出电压小于外部电源的输入电压。

电压方程式2：

电感电流变化量的方程式2：

由电压方程式1和2可得：

根据电感的伏秒平衡原理ΔUonTon＝ΔUoffToff，可得电压增益为：

本公开提供的斩波电路的电压增益高于现有的斩波电路的电压增益。

开关3的电压应力分析：

开关3导通时，开关3的两端的电压应力为零；

开关3断开时，开关3的两端的电压应力为：

二极管的电压应力分析：

开关3导通时，第五二极管(D5)和第六二极管(D6)均截至，第五二极管(D5)和第六二极管(D6)的电压应力为：

开关3断开时，第五二极管(D5)和第六二极管(D6)均导通，第五二极管(D5)和第六二极管(D6)的两端的电压均降为零。

本公开提供的斩波电路中的相关电子元器件的电压应力低于现有的斩波电路中的相关电子元器件的电压应力，从而使斩波电路的性能更稳定，可靠性较高。

本实用新型还提供了一种能源控制系统，如图4所示，该能源控制系统包括太阳能电池组件、包括本公开的斩波电路的斩波变换器、逆变器、蓄电池以及电动机等负载和其他直流负载，太阳能电源组件将光能转换为电能，为斩波变换器提供电力，电力经斩波变换器调节后再经逆变器转换加载于电动机等负载上，电力也能够通过斩波变换器调节后直接加载于直流负载上，其中，蓄电池也能够为斩波变换器提供电力。具体说来，该能源控制系统可用于多种能源控制系统中，例如太阳能汽车和光伏发电系统，在此不作具体限定。

需要说明的是，本实用新型的实施例中涉及到方法特征的均为现有技术特征并且能够通过现有技术实现，本实用新型保护了各电路的结构关系，该结构关系能够实现上述的有益效果。

以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。