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
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S_D11、 S_D21......S_Dk1串联构成L型变换器的横轴;通过k个电容C₁、C₂......C_k串联构成L型变换 器的纵轴;横轴上二极管S_Di1、S_D(i-1)1间的节点与纵轴上电容C_(i-1)、C_i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S_Dk1的阴极通过电感L_A与负载R_L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S_D(k-1)2及可控开 关S_(k-2)2的交点相连;二极管S_Dk2的阴极与二极管S_Dk1、S_D(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S_i2、S_(i+1)2的节点与二极管 S_Di1、S_D(i+1)1间的节点之间有二极管S_D(i+1)2,其阳极接可控开关S_i2、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S_k1、S_Dk1、 S_Dk2、S_(k-1)2、电容C_k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S₁₁、 S₂₁......S_k1、S₁₂......S_k2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S_D11所在支路改为断路,可控开关S₁₁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S₂₁...... S_k1改为开关串联形式,开关S_n1由n个耐压一致的较低耐压器件串联构成,其中n=1,2......k, 将满足每个开关管的耐压均衡的要求。 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型降压变换器采用单电感的 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。 附图说明 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S_D11、S_D21......S_Dk1共k个器件串联 构成改进L型变换器的横轴;通过电容C₁、C₂......C_k共k个电容串联构成改进L型变换器 的纵轴;开关S_Dk1通过电感L_A与负载R_L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S_i2、S_(i+1)2的节点与二极管S_Di1、S_D(i+1)1间的节点之间有二极管S_D(i+1)2, 其阳极接可控开关S_i2、S_(i+1)2间的节点;横轴上开关S_Dk1、S_D(k-1)1间的节点与纵轴上电容C_(k-1)、 C_k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=1,2......k。 开关S_k1、S_Dk1、S_Dk2、电容C_k、开关S_(k-1)2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C_n(n=1,2......k)为例,对降压过程进行描述。开关S_n1、S_j2(j>n) 设置处于导通状态,开关S_j1(j≠n)处于断开状态,通过S_n2的开关状态切换对电容C_n进行降 压变换的控制,详细过程如下。 阶段1:当开关S_n2导通时,使得二极管S_D(n+1)1......S_Dk1受正向偏压进入导通状态,此时 电容C_n、开关S_n1、二极管S_D(n+1)1......S_Dk1、电感L_A、负载R_L、开关S_(k-1)2、S_(k-2)2......S_n2、 S_Dn2、S_(n-1)1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S_n2截止时,电感L_A、负载R_L、S_Dk2、S_Dk1构成回路,此时形成续流回路。 上述工作过程中,将电容C_n对应的两个开关管中,S_n1作为常开开关,S_n2作为调制开关。 若将S_n1、S_n2的开关状态互换,S_n2作为常开开关,S_n1作为调制开关,电路功能仍完全一样。 对于电容C_k而言,其只能选择开关S_k1作为调制管。 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C₁在放电时,因为没有开关S_D12存在,此时的回路是电容C₁、开关S₁₁、S_D21...... S_Dk1、电感L_A、负载R_L、开关S_(k-1)2......S₂₂、S₁₂; (2)电容C_k在放电时,因为没有开关S_k2,此时的回路是电容C_k、开关S_k1、电感L_A、 S_Dk2、S_(k-1)1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_D11所在支路改为断路,可控开关S₁₁所在支路改为短路。在此情况下,电容C₂......C_k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C₁而言,其放电回路变为:电容C₁、二极管S_D21......S_Dk1、电感L_A、负载R_L、开关 S_(k-1)2......S₂₂、S₁₂。