本发明公开了T型降压变换器的拓扑结构,其特征在于:通过开关(S
1.一种T型降压变换器的拓扑结构,其特征在于:通过开关S_k2、开关S_(k-1)2、......开关S₃₂、开关S₂₂以及开关S_D11、开关S_D21、......开关S_D(k-1)1、开关S_Dk1共2k-1个开关器件依次串联构成T型变换器的横轴;通过电容C₁、电容C₂......电容C_k串联构成T型变换器的纵轴,k为大于1的正整数;开关S_Dk1通过电感L与负载R_L的一端相连,负载R_L的另一端与开关S_k2的一端相连;输入电源的高电位端与电容C_k的高电位端相连,输入电源的低电位端与电容C₁的低电位端相连;其中电容C_i与电容C_(i+1),i=1,2......k-1,之间的节点和开关S_Di1与开关S_D(i+1)1的节点之间有单向从纵轴流向横轴可控开关支路,在电容C_i与电容C_(i+1)的节点和开关S_(i+1)2与开关S_(i+2)2之间的节点之间有单向支路;通过扩展T型结构的横、纵轴以及单向整流支路、单向可控开关支路,拓展变换器。
2.根据权利要求1所述的T型降压变换器的拓扑结构,其特征在于:开关S₂₂......开关S_k2选择可控电力电子开关IGBT或MOSFET。
3.根据权利要求1所述的T型降压变换器的拓扑结构,其特征在于:上述结构可以进行变换,在纵轴上增加开关S₁₂,与电容C₁、电容C₂......电容C_k共k+1个器件串联构成T型变换器的纵轴;通过开关S_D11开关S_D21、......开关S_Dk1共k个开关器件串联构成T型变换器的横轴;开关S_Dk1通过电感L与负载R_L的一端相连,负载的另一端与开关S₁₂、开关S₂₂的交点相连,开关S₂₂......开关S_k2构成横轴的延长线;其中电容C_i与C_(i+1)之间的节点和开关S_Di1与开关S_D(i+1)1的节点之间有单向从纵轴流向横轴可控开关支路,在电容C_i与电容C_(i+1)的节点和开关S_(i+1)2与开关S_(i+2)2之间的节点之间有单向支路。技术领域
本发明涉及一种降压变换器的电路拓扑结构,特别涉及一种采用单电感的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,当输出电压比输入电压的比值较小,采用单级降压时的占空比太小,常采用变压器结构的变换器,或是多级降压的结构。由于输出电压与输出电压相差较大,控制精度难以得到保证,并增加了电路的复杂性,引起了多级电源级联可能导致系统不稳定性的问题。
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别很大时的控制精度,提出了一种采用多个输入电容串联分压,并对各个输入级联电容分别进行降压控制的拓扑结构,实现高性能的降压变换。为了达到上述目的,本发明的技术方案如下:一种T型降压变换器的拓扑结构,通过2k-1个开关器件依次串联构成T型变换器的横轴;通过电容串联构成T型变换器的纵轴,k为大于或等于1的正整数;横轴的最后一个开关通过电感与负载的一端相连,负载的另一端与横轴的另一端相连;输入电源的高电位端与纵轴上电容的高电位端相连,输入电源的低电位端与纵轴上电容的低电位端相连;其中相邻两个电容间的节点和对应的相邻两个开关间的节点,由单向从纵轴流向横轴可控开关支路连接。通过扩展T型结构的横、纵轴以及单向整流支路、单向可控开关支路,拓展变换器。拓扑中的选择可控电力电子开关IGBT或MOSFET。上述结构可以进行变换,在纵轴与横轴的交点上增加一个开关,与k+1个电容串联构成T型变换器的纵轴;通过k个开关器件串联构成变换器的横轴;横轴的最后一个开关通过电感与负载的一端相连,负载的另一端与开头新增开关与横轴延长线的交点相连;其中相邻两个电容间的节点和对应的相邻两个开关间的节点之间有单向从纵轴流向横轴可控开关支路。本发明的有益效果:与传统的DC-DC降压变换器相比较,本发明所公开的T型降压变换器采用单电感的结构,对各个串联输入侧电容进行分时独立的降压控制,在降压差很高时,有较高的控制性能;降低了电路的复杂性,克服了多级电源串联可能导致的系统稳定性的限制。
附图说明
图1为本发明提出的T型降压变换器的拓扑结构图。图2(a)为可控开关的MOSFET等效示例图。图2(b)为可控开关的IGBT等效示例图。图3为T型降压变换器的变化结构示例一。图4为T型降压变换器的变化结构示例二。图5为T型降压变换器的变化结构示例三。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明:图1为T型降压变换器的拓扑结构图。通过开关S_D11、S_D21、......S_Dk1、S₂₂、S₃₂、......S_k2(k为大于或等于1的正整数,下同)共2k-1个开关器件串联构成T型变换器的横轴;通过电容C₁、C₂......C_k串联构成T型变换器的纵轴;开关S_Dk1通过电感L与负载R_L的一端相连,负载R_L的另一端与开关S_k2的一端相连;输入电源的高电位端与电容C_k的高电位端相连,输入电源的低电位端与电容C₁的低电位端相连;其中电容C_i与C_(i+1)(i=1,2......k-1,下同)之间的节点和开关S_Di1与S_D(i+1)1的节点之间有单向从纵轴流向横轴可控开关支路,在电容C_i与C_(i+1)的节点和开关S_(i+1)2与S_(i+2)2之间的节点之间有单向支路。开关S_k1、S_Dk1、S_Dk2、C_k、S_k2构成T型变换器的扩展单元组,当增加此元器件组,并按上述的连接方式扩展电路时,可以增加变换器的级数。纵轴上的电容C₁、C₂......C_k是输入电容,串联的电容支路电压之和为输入电源电压,分时对其进行放电。各个电容的放电过程可分为电容放电阶段和电感续流的阶段,以图1中所示的电容C_n(n=1,2......k)为例,其此过程中,开关S_(n-1)1、S_(n+1)2......S_k2处于导通状态,开关S_n2处于断开状态,通过开关S_n1的开关状态切换进行工作,详细过程如下。电容C_n(n=1,2...k)的放电阶段:将开关S_n1导通,此时电容C_n、开关S_n1、S_D(n+1)1......S_Dk1、电感L、负载R_L、开关S_k2......S_(n+1)2、S_Dn2构成环路,此时电容C_n放电。电容C_n(n=1,2...k)的续流阶段:将开关S_n1关断,S_D(n+1)1......S_Dk1、电感L、负载R_L、开关S_k2......S_(n+1)2、S_Dn2、S_(n-1)2、S_Dn1构成环路,此时是续流阶段。若负载电流较小,续流阶段与充电阶段之间可能有断续阶段,此时环路电流为零,电容向负载向电,此处不再详述。对于纵轴上的其他电容而言,电容C_k在放电阶段时,若没有电容C_k+1存在,则没有开关S_D(k+1)1,此时的回路是电容C_k、开关S_k1、电感L、负载R_L、开关S_Dk2;图2(a)为可控开关的MOSFET等效示例图。图2(b)为可控开关的IGBT等效示例图。拓扑中的开关可选多种可控开关,仅给出两种示例。图3为T型降压变换器的变化结构示例一。通过开关S_D11、S_D21、......S_Dk1(k为不小于1的正整数,下同)共k个开关器件串联构成T型变换器的横轴;通过电容C₁、C₂......C_k、开关S₁₂共k+1个器件串联构成T型变换器的纵轴;开关S_Dk1通过电感L与负载R_L的高电位端相连,负载的低电位端与开关S₁₂、S₂₂的交点相连,开头S₂₂......S_k2构成横轴的延长线;输入电源的高电位端与电容C_k的高电位端相连,输入电源的低电位端与电容C₁的低电位端相连;其中电容C_i与C_(i+1)(i=1,2......k-1)之间的节点和开关S_Di1与S_D(i+1)1的节点之间有单向从纵轴流向横轴可控开关支路,在电容C_i与电容C_(i+1)的节点和开关S_i2与开关S_(i+1)2之间的节点之间有单向开关支路。对于纵轴上的其他电容而言,上述工作过程分析有两个特例需要排除:(1)电容C₁在放电阶段时,因为没有S_D12存在,此时的回路是电容C₁、开关S₁₁、S_D21......S_Dk1、负载L、负载R_L、开关S₁₂;(2)电容C₁在续流阶段时,因为没有开关S_Dk2存在,此时的回路是开关S_D11、S_D21......S_Dk1、负载L、负载R_L、开关S₁₂。图4为T型降压变换器的变化结构示例一。图3是将图1中的开关S_n2、S_Dn2对换位置得到的等效电路,在此情况下,各个电容电流回流的单向支路方向不变。图5为T型降压变换器的变化结构示例二。不改变单向支路性质情况下,开关S₂₂......S_k2的电流流入端子同时接至负载的低电位端,与对应的二极管构成各个电容的单向开关支路。