CN114640253B - 一种混合三电平飞跨电容Boost电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种混合三电平飞跨电容Boost电路，属于升压技术领域，包括母线电容分压支路、电压变换与均压电路，电压变换与均压电路包括：依次串联的稳压器件组、开关器件组，稳压器件组的第一连接节点与开关器件组的第三连接节点之间连接有一充放电支路；均压支路，包括第一均压支路，连接于开关器件组的第四连接节点与母线电容分压支路的分压节点之间；第二均压支路，连接于稳压器件组的第二连接节点与分压节点之间；开关控制支路，可通断地连接均压支路至充电支路的正端。有益效果：本发明的飞跨电容上电压时处于动态建立过程可以安全的给飞跨电容进行充电，充电过程中可有效保护开关元件和二极管，防止其被过电压击穿。
Description
技术领域
本发明涉及升压技术领域，尤其涉及一种混合三电平飞跨电容Boost电路。
背景技术
Boost电路，是一种开关直流升压电路，它可以使输出电压比输入电压高，即通过该电路实现输入一个电压，输出一个更高的电压，进而实现功率变换。一般将能够实现输入大于或等于三个电平的称之为多电平Boost电路。随着DC-DC变换器的功率和电压等级越来越高，在相同的输入条件下，由于多电平Boost电路可使用耐压等级较小的器件输出较高等级的电压，降低功率器件的电压应力，使得该电路在电动汽车、轨道交通、光伏、风电等领域的应用愈加广泛。
与传统两电平Boost电路相比，多电平Boost电路能够使用成本更低的器件实现中压大功率输出，突破其成本、体积、重量等方面的限制。但多电平电路相比于传统的两电平电路更加复杂，若多电平Boost电路的飞跨电容电压为0，此时开关元件和二极管需承受整个母线电压，极有可能会导致开关元件和二极管被过电压击穿，这也就使得多电平飞跨电容Boost电路在研发以及生产上更加困难。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种混合三电平飞跨电容Boost电路。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：
一种混合三电平飞跨电容Boost电路，包括连接于一正输出端子和一负输出端子之间的一母线电容分压支路、一电压变换与均压电路，所述电压变换与均压电路包括：
一稳压器件组，包括依次串联的多个二极管，连接于所述正输出端子和一第一输入端之间；
一开关器件组，包括依次串联的多个开关元件，连接于所述第一输入端和所述负输出端子之间，所述稳压器件组的第一连接节点与所述开关器件组的第三连接节点之间连接有一充放电支路；
一均压支路，包括第一均压支路，连接于所述开关器件组的第四连接节点与所述母线电容分压支路的分压节点之间；第二均压支路，连接于所述稳压器件组的第二连接节点与所述分压节点之间；
一开关控制支路，可通断地连接所述均压支路至所述充放电支路的正端。
优选地，所述开关器件组包括：
第一开关元件，所述第一开关元件的漏极连接所述第一输入端，所述第一开关元件的源极连接所述第三连接节点；
第二开关元件，所述第二开关元件的漏极连接所述第三连接节点，所述第二开关元件的源极连接所述第四连接节点；
第三开关元件，所述第三开关元件的漏极连接所述第四连接节点，所述第三开关元件的源极连接所述负输出端子。
优选地，所述稳压器件组包括：
第一二极管，所述第一二极管的正极连接所述第一输入端，所述第一二极管的负极连接所述第一连接节点；
第二二极管，所述第二二极管的正极连接所述第一连接节点，所述第二二极管的负极连接所述第二连接节点；
第三二极管，所述第三二极管的正极连接所述第二连接节点，所述第三二极管的负极连接所述正输出端子。
优选地，所述均压支路包括反向串联连接的二极管。
优选地，所述充放电支路包括：一飞跨电容，所述飞跨电容的正端连接所述第一连接节点，所述飞跨电容的负端连接所述第三连接节点。
优选地，所述开关控制支路包括一继电器，所述继电器的一端连接所述均压支路的负端，所述继电器的另一端连接所述充放电支路的正端。
优选地，电路包括一正向充电过程和一反向充电过程，于所述正向充电过程和所述反向充电过程中，所述第三开关元件、所述第三二极管截止。
优选地，所述正向充电过程中，所述开关控制支路断开；
所述反向充电过程中，所述开关控制支路闭合。
优选地，所述第二开关元件和所述第三开关元件的开关状态相同。
本发明技术方案的优点或有益效果在于：
本发明的飞跨电容上电压时处于动态建立过程可以安全的给飞跨电容进行充电，充电过程中可有效保护开关元件和二极管，防止其被过电压击穿。
附图说明
图1为本发明较佳实施例中，一种混合三电平Boost电路的示意图；
图2为本发明较佳实施例中，正向充电时电流流向的路径示意图；
图3为本发明较佳实施例中，反向充电时电流流向的路径示意图。
具体实施方式
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的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种混合三电平飞跨电容Boost电路，属于升压技术领域，如图1所示，包括：母线电容分压支路和电压变换与均压电路，连接于一正输出端子Bus+和一负输出端子Bus-之间。
其中，母线电容分压支路包括依次串联连接的母线电容，母线电容包括多个，优选的，在本实施例中，母线电容包括两个，第一母线电容Cbus+和第二母线电容Cbus-，分压节点位于第一母线电容Cbus+和第二母线电容Cbus-的连接处。
电压变换与均压电路包括：
一稳压器件组，包括依次串联的多个二极管，连接于正输出端子Bus+和一第一输入端V1之间；
一开关器件组，包括依次串联的多个开关元件，连接于第一输入端和负输出端子Bus-之间，稳压器件组的第一连接节点与开关器件组的第三连接节点之间连接有一充放电支路；
一均压支路，包括第一均压支路，连接于开关器件组的第四连接节点与母线电容分压支路的分压节点之间；第二均压支路，连接于稳压器件组的第二连接节点与分压节点之间；
一开关控制支路，可通断地连接均压支路至充放电支路的正端。
在电压变换与均压电路中，包括：第一输入端V1和正输出端子Bus+之间设有多个顺向串联的二极管组成的稳压器件组，第一输入端V1和负输出端子Bus-之间设有多个串联的开关元件组成的开关器件组；稳压器件组至少包括两个连接节点，其中一个连接节点与充放电支路的正端连接，另一个连接节点与均压支路连接，开关器件组的其中一个连接节点与充放电支路的负端连接，开关器件组的的另一连接节点与均压支路连接，第二均压支路通过开关控制支路与充放电支路的正端可通断地连接，充放电支路以飞跨电容作为充电电容。进一步的，均压支路包括：第一均压支路和第二均压支路，第一均压支路的正端连接开关器件组的另一连接节点，第一均压支路的负端连接母线电容的连接处，第二均压支路的正端连接母线电容的连接处，第二均压支路的负端连接稳压器件组的另一连接节点。
进一步的，本发明电路包括一正向充电过程和一反向充电过程，如图2所示，在正向充电过程中，开关控制支路断开，电流自第一输入端V1通过二极管流至充放电支路，然后依次流经开关元件、第一均压支路、第二母线电容Cbus-至负输出端子Bus-；如图3所示，在反向充电过程中，开关控制支路闭合，电流自正输出端子Bus+输出至第一母线电容Cbus+，经第二均压支路、开关控制支路至充放电支路，然后通过开关元件流至第一输入端V1。本发明的飞跨电容Cf在上电压时处于动态建立过程可以安全的给飞跨电容进行充电，始终保证飞跨电容Cf的两端电压等于0.5*Vbus，Vbus为正输出端子Bus+与负输出端子Bus-之间的电压，在正向充电和反向充电过程中可有效保护开关元件和二极管，防止其被过电压击穿。
作为优选的实施方式，其中，开关器件组包括：
第一开关元件T1，第一开关元件T1的漏极连接第一输入端，，第一开关元件T1的源极连接第三连接节点；
第二开关元件T2，第二开关元件T2的漏极连接第一开关元件T1的源极，即第三连接节点，第二开关元件T2的源极连接第四连接节点；
第三开关元件T3，第三开关元件T3的漏极连接第二开关元件T2的源极，即第四连接节点，第三开关元件T3的源极连接负输出端子Bus-。
具体的，本发明实施例的开关元件包括多个，优选的，在本实施例中，开关器件组共包括三个开关元件，即第一开关元件T1、第二开关元件T2和第三开关元件T3，第一开关元件T1、第二开关元件T2和第三开关元件T3分别依次串联连接。
进一步，上述每一开关元件由1个绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)和个二极管元件并联连接，缘栅双极晶体管的栅极分别连接一栅极控制信号，用以控制开关元件的通断状态，当栅极控制信号为低电平时，该开关元件导通，当栅极控制信号为高电平时，该开关元件截止。
作为优选的实施方式，其中，稳压器件组包括：
第一二极管D1，第一二极管D1的正极连接第一输入端V1，，第一二极管D1的负极连接第一连接节点；
第二二极管D2，第二二极管D2的正极连接第一二极管D1的负极，即第一连接节点，第二二极管D2的负极连接第二连接节点；
第三二极管D3，第三二极管D3的正极连接第二二极管D2的负极，即第二连接节点，第三二极管D3的负极连接正输出端子Bus+。
具体的，本发明实施例的二极管包括多个，优选的，在本实施例中，稳压器件组共包括三个二极管，即第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3，第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3分别依次顺向串联连接。
进一步的，在正向充电过程和反向充电过程中，第三开关元件T3和第三二极管D3均处于截止状态，等待飞跨电容Cf的两端电压等于0.5*Vbus后，即飞跨电容Cf电压建立完成，此时第三二极管D3导通，第三开关元件T3也导通，第三开关元件T3和第三二极管D3开始工作。
进一步的，第一二极管D1和第二二极管D2的连接处与第二输入端V2相连接；第一开关元件T1和第二开关元件T2的连接处与第三输入端V3相连接。
作为优选的实施方式，其中，均压支路包括反向串联连接的二极管。
进一步的，反向串联连接的二极管包括：第四二极管Df1和第五二极管Df2，以第四二极管Df1作为第一均压支路，以第五二极管Df2作为第二均压支路，第四二极管Df1的正端连接第二开关元件T2和第三开关元件T3的连接处，第四二极管Df1的负端连接第一母线电容Cbus+和第二母线电容Cbus-的连接处之间；第五二极管Df2的正端连接第一母线电容Cbus+和第二母线电容Cbus-的连接处之间，第五二极管Df2的负端连接第二二极管D2和第三二极管D3的连接处之间。
进一步的，上述第四二极管Df1可以设置多个，多个第四二极管Df1顺向串联连接；上述第五二极管Df2也可以说设置多个，多个第五二极管Df2顺向串联连接。
作为优选的实施方式，其中，充放电支路包括：一飞跨电容Cf，飞跨电容Cf的正端连接第一二极管D1和第二二极管D2的连接处，即第一连接节点，飞跨电容Cf的负端连接第一开关元件T1和第二开关元件T2的连接处，即第三连接节点。
作为优选的实施方式，其中，开关控制支路包括一继电器S1，继电器S1的一端连接均压支路的负端，继电器S1的另一端连接充放电支路的正端。
优选地，正向充电过程中，开关控制支路断开；
反向充电过程中，开关控制支路闭合。
作为优选的实施方式，其中，电路包括一正向充电过程和一反向充电过程，于正向充电过程和反向充电过程中，第三开关元件T3、第三二极管D3截止。
作为优选的实施方式，其中，第二开关元件T2和第三开关元件T3的开关状态相同。
具体的，在本实施例中，第二开关元件T2和第三开关元件T3同开同断，若第二开关元件T2处于导通状态，则第三开关元件T3亦导通；若第二开关元件T2截止，则第三开关元件T3也处于截止状态。
进一步的，本发明实施例的电路在正向充电过程中，如图2所示，继电器S1断开，电流自第一输入端V1→第二二极管D1→飞跨电容Cf→第二开关元件T2→第四二极管Df1→第二母线电容Cbus-，最后至负输出端子Bus-。
在反向充电过程中，如图3所示，继电器S1闭合，电流自正输出端子Bus+→第一母线电容Cbus+→第五二极管Df2→继电器S1→飞跨电容Cf→第一开关元件T1，最后至第一输入端V1。
本发明还提供一种混合三电平飞跨电容Boost变换器，包括如上述的混合三电平飞跨电容Boost电路。
采用上述技术方案具有如下优点或有益效果：本发明的飞跨电容上电压时处于动态建立过程可以安全的给飞跨电容进行充电，充电过程中可有效保护开关元件T和二极管D，防止其被过电压击穿。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种混合三电平飞跨电容Boost电路，其特征在于，包括连接于一正输出端子和一负输出端子之间的一母线电容分压支路、一电压变换与均压电路，所述电压变换与均压电路包括：
一稳压器件组，包括依次串联的多个二极管，连接于所述正输出端子和一第一输入端之间；
一开关器件组，包括依次串联的多个开关元件，连接于所述第一输入端和所述负输出端子之间，所述稳压器件组的第一连接节点与所述开关器件组的第三连接节点之间连接有一充放电支路；
一均压支路，包括第一均压支路，连接于所述开关器件组的第四连接节点与所述母线电容分压支路的分压节点之间；第二均压支路，连接于所述稳压器件组的第二连接节点与所述分压节点之间；
一开关控制支路，可通断地连接所述均压支路至所述充放电支路的正端；
所述开关器件组包括：
第一开关元件，所述第一开关元件的漏极连接所述第一输入端，所述第一开关元件的源极连接所述第三连接节点；
第二开关元件，所述第二开关元件的漏极连接所述第三连接节点，所述第二开关元件的源极连接所述第四连接节点；
第三开关元件，所述第三开关元件的漏极连接所述第四连接节点，所述第三开关元件的源极连接所述负输出端子；
所述稳压器件组包括：
第一二极管，所述第一二极管的正极连接所述第一输入端，所述第一二极管的负极连接所述第一连接节点；
第二二极管，所述第二二极管的正极连接所述第一连接节点，所述第二二极管的负极连接所述第二连接节点；
第三二极管，所述第三二极管的正极连接所述第二连接节点，所述第三二极管的负极连接所述正输出端子。
2.根据权利要求1所述的混合三电平飞跨电容Boost电路，其特征在于，所述均压支路包括反向串联连接的二极管。
3.根据权利要求2所述的混合三电平飞跨电容Boost电路，其特征在于，所述充放电支路包括：一飞跨电容，所述飞跨电容的正端连接所述第一连接节点，所述飞跨电容的负端连接所述第三连接节点。
4.根据权利要求1所述的混合三电平飞跨电容Boost电路，其特征在于，所述开关控制支路包括一继电器，所述继电器的一端连接所述均压支路的负端，所述继电器的另一端连接所述充放电支路的正端。
5.根据权利要求1所述的混合三电平飞跨电容Boost电路，其特征在于，电路包括一正向充电过程和一反向充电过程，于所述正向充电过程和所述反向充电过程中，所述第三开关元件、所述第三二极管截止。
6.根据权利要求5所述的混合三电平飞跨电容Boost电路，其特征在于，所述正向充电过程中，所述开关控制支路断开；
所述反向充电过程中，所述开关控制支路闭合。
7.根据权利要求1所述的混合三电平飞跨电容Boost电路，其特征在于，所述第二开关元件和所述第三开关元件的开关状态相同。
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Non-Patent Citations (1)
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