升压变换电路及其工作方法与流程

1.本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种升压变换电路及其工作方法。


背景技术：

2.轨道交通中的一些车型在连续运营二十年余年后，故障率逐年攀升，在维修过程中，大部分零部件或电路模块均已停产，无法采购，维修成本高。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本发明提出了一种升压变换电路及其工作方法。
4.为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
5.一方面，本发明公开一种升压变换电路，包括：并联设置的两条boost升压支路以及控制器，每条boost升压支路包括：电感、igbt管、二极管以及输出电容；
6.电感的一端分别与输入电源和控制器电连接，其相对另一端分别与二极管的阳极和igbt管的集电极电连接；
7.二极管的阳极分别与igbt管的集电极和电感的另一端电连接，其阴极与控制器电连接；
8.igbt管的栅极与控制器电连接，其集电极分别与电感的另一端和二极管的阳极电连接，其发射极分别与控制器和输出电容的一端连接；
9.输出电容的一端分别与输入电源和二极管的阴极电连接，其另一端分别与igbt管的发射极和控制器电连接。
10.本发明一种升压变换电路结构简单，电子元器件易于采购，可以有效实现升压。
11.在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：
12.作为优选的方案，每条boost升压支路还包括：电流传感器，所述电流传感器用于测量通过对应boost升压支路的电流；
13.电感的一端分别与输入电源和控制器电连接，其相对另一端与电流传感器串联后，分别与二极管的阳极和igbt管的集电极电连接。
14.采用上述优选的方案，对boost升压支路的电流进行实时监测。作为优选的方案，在igbt管的集电极和发射极之间反向并联一个保护二极管。
15.采用上述优选的方案，避免igbt管被瞬时高压击穿。
16.作为优选的方案，升压变换电路还包括：输出滤波电路，输出滤波电路与并联设置的两条boost升压支路的输出端电连接，用于对输出电压进行滤波。
17.采用上述优选的方案，使输出电压波形更加平滑。
18.作为优选的方案，输出滤波电路包括：多个串并联设置的滤波电容。
19.采用上述优选的方案，结构简单。
20.作为优选的方案，在每个滤波电容的两端均并联有均压电阻。
21.采用上述优选的方案，确保输出电压均衡的施加在每个滤波电容上。
22.作为优选的方案，igbt管的型号为fz600r17ke3。
23.采用上述优选的方案，相比igbt管采用原始已经停产的型号pm600hs120，本技术采用型号fz600r17ke3的igbt管，在性能不变的情况下，体积和重量减小一半，减轻重量的同时，使强电布局更合理。
24.作为优选的方案，二极管的型号为frs400ca120。
25.采用上述优选的方案，相比二极管采用原始已经停产的型号rm400ha-24s，本技术采用型号frs400ca120的二极管。
26.另一方面，本发明还公开一种升压变换电路的工作方法，利用上述任一种升压变换电路进行工作，且两条boost升压支路的igbt管的导通时序相差180
°
电角度。
27.本发明公开一种升压变换电路的工作方法，两条boost升压支路的igbt管的导通时序相差180
°
电角度，两条boost升压支路的输出电压叠加，增加输出功率，使得输出电压更加稳定。
28.作为优选的方案，任一boost升压支路的工作具体包括以下内容：
29.当boost升压支路的igbt管导通时，输入电源给电感充电，流经电感的电流不断增大，二极管反向截止；
30.当boost升压支路的igbt管截止时，电感放电，流经电感的电流不断减小，二极管导通，电容两端的电压不断增大。
31.采用上述优选的方案，可以有效实现升压。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
33.图1为本发明实施例提供的升压变换电路的电路图。
34.图2为本发明实施例提供的第一boost升压支路内电子元器件的波形图；
35.其中：
36.(a)为igbt管v1的触发信号u
gs
的电压波形图；
37.(b)为igbt管v1两端实时电压u
v1
的电压波形图；
38.(c)为二极管d1两端实时电压u
d1
的电压波形图；
39.(d)为电感l1两端实时电压u
l1
的电压波形图；
40.(e)为流经电感l1的实时电流i
l1
的电流波形图；
41.(f)为输出电容c7两端实时电压u
out
的电压波形图。
42.图3为本发明实施例提供的第一boost升压支路(igbt管v1导通时)等效电路图。
43.图4为本发明实施例提供的第一boost升压支路(igbt管v1截止时)等效电路图。
44.其中：1-第一控制单元，2-第二控制单元。
具体实施方式
45.下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
46.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。
48.另外，“包括”元件的表述是“开放式”表述，该“开放式”表述仅仅是指存在对应的部件或步骤，不应当解释为排除附加的部件或步骤。
49.为了达到本发明的目的，一种升压变换电路及其工作方法的其中一些实施例中，如图1所示，升压变换电路包括：并联设置的第一boost升压支路、第二boost升压支路以及控制器。
50.在该实施例种，控制器可以但不限于包括：第一控制单元1和第二控制单元2。
51.第一boost升压支路包括：电感l1、电流传感器u1、igbt管v1、二极管d1以及输出电容c7，第二boost升压支路包括：电感l2、电流传感器u2、igbt管v2、二极管d2以及输出电容c8。
52.第一boost升压支路的具体连接关系如下：
53.电感l1的一端分别与输入电源和第一控制单元1电连接，其相对另一端与电流传感器u1串联后，分别与二极管d1的阳极和igbt管v1的集电极电连接；
54.二极管d1的阳极分别与igbt管v1的集电极和电流传感器u1的一端电连接，其阴极与第一控制单元1电连接；
55.igbt管v1的栅极与第二控制单元2电连接，其集电极分别与电流传感器u1的一端和二极管d1的阳极电连接，其发射极分别与第一控制单元1和输出电容c7的一端连接；
56.输出电容c7的一端分别与输入电源和二极管d1的阴极电连接，其另一端分别与igbt管v1的发射极和第一控制单元1电连接。
57.在一些具体实施例中，电感l1和电感l2选用型号3egh530029的电感，igbt管v1和igbt管v2选用型号fz600r17ke3的igbt管，二极管d1和二极管d2选用型号frs400ca120的电容，输出电容c7和输出电容c8选用型号bmkp386m550125yt4的电容。
58.相比igbt管采用原始已经停产的型号pm600hs120，本技术采用型号fz600r17ke3的igbt管，在性能不变的情况下，体积和重量减小一半，减轻重量的同时，使强电布局更合理。
59.相比二极管采用原始已经停产的型号rm400ha-24s，本技术采用型号frs400ca120的二极管。
60.本发明一种升压变换电路结构简单，电子元器件易于采购，可以有效实现升压。
61.为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在igbt管的集电极和发射极之间反向并联一个保护二极管。
62.采用上述优选的方案，避免igbt管被瞬时高压击穿。
63.作为优选的方案，升压变换电路还包括：输出滤波电路，输出滤波电路与并联设置的两条boost升压支路的输出端电连接，用于对输出电压进行滤波。
64.采用上述优选的方案，使输出电压波形更加平滑。
65.进一步，输出滤波电路包括：滤波电容c1、滤波电容c2、滤波电容c3、滤波电容c4、滤波电容c5以及滤波电容c6。
66.串联的滤波电容c1和滤波电容c2与串联的滤波电容c3和滤波电容c4以及串联的滤波电容c5和滤波电容c6并联。
67.进一步，在每个滤波电容的两端均并联有均压电阻，确保输出电压均衡的施加在每个滤波电容上。
68.具体地，滤波电容c1的两端并联后均压电阻r1；
69.滤波电容c2的两端并联后均压电阻r2；
70.滤波电容c3的两端并联后均压电阻r3；
71.滤波电容c4的两端并联后均压电阻r4；
72.滤波电容c5的两端并联后均压电阻r5；
73.滤波电容c6的两端并联后均压电阻r6。
74.在一些具体实施例中，滤波电容c1至滤波电容c6选用型号43564s0688m001x01的电容。均压电阻r1至均压电阻r6选用型号10sr/b-12k的电阻。
75.此外，本发明实施例还公开一种升压变换电路的工作方法，利用上述任一实施例公开的升压变换电路进行工作，且两条boost升压支路的igbt管的导通时序相差180
°
电角度。
76.本发明公开一种升压变换电路的工作方法，两条boost升压支路的igbt管的导通时序相差180
°
电角度，两条boost升压支路的输出电压叠加，增加输出功率，使得输出电压更加稳定。
77.具体地，下面对第一boost升压支路的工作过程进行描述，具体包括以下内容，如图2所示：
78.当第一boost升压支路的igbt管v1导通时，等效电路如图3所示，输入电源给电感l1充电，流经电感l1的电流i
l1
(即输入电流is)不断增大，二极管d1反向截止；此时，输出电容c7经输出滤波电路后为负载r供电。
79.当第一boost升压支路的igbt管v1截止时，等效电路如图4所示，电感l1放电，流经电感l1的电流不断减小i
l1
(即输入电流is)，二极管d1导通，此时，输入电源的电压和电感l1上的电压叠加，电容c两端的电压不断增大，同时，为负载r供电，达到升压的效果。
80.值得注意的是，第二boost升压支路的工作过程与第一boost升压支路的工作过程相似。
81.其中，图2中，u
out
为对应元件的电压输出值；
82.u
in
为对应元件的电压输入值；
83.△uout
为c7两端实时电压的波动量；
84.△il
为电感l1实时电流的波动量；
85.i
l
为该元件的电流值。
86.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗
示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
87.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
88.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
89.本发明的控制方式是通过人工启动和关闭开关来控制，动力元件的接线图与电源的提供属于本领域的公知常识，并且本发明主要用来保护机械装置，所以本发明不再详细解释控制方式和接线布置。