一種多態三電平升壓電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電路技術領域，更具體地說，涉及一種多態H電平升壓電路。
【背景技術】
[0002] 升壓度OOSt)電路用于把低直流電壓變換到高直流電壓。H電平拓撲由于其開關 管的電壓應力只有兩電平的一半，有利于開關器件的選項，同時減小了所需電感的尺寸，所 W應用非常廣泛。
[0003] 請參閱圖1，為現有技術中普通H電平升壓電路的電路圖。該電路中Vin為直流輸 入電源，電感L1、L2為升壓電感，開關管S1、S2為升壓控制的開關元件，二極管D1、D2為續 流二極管，電容CUC2為母線電容，為負載Rl供電。開關管S1、S2的電壓應力是母線電壓 的一半，所W稱為H電平升壓電路。隨著高效高功率密度需求的不斷增加，提高開關頻率成 為提高功率密度的一個途徑。然而，雖然提高開關頻率可W減小無源器件電感、變壓器和電 容的體積，但是，開關頻率高了W后開關損耗增加，送樣效率又很難保證，最終無法同時實 現高功率密度和高效率。
[0004] 為了實現同時提高效率和功率密度送個目標，交錯并聯的結構被提出。請參閱圖 2,為現有技術中交錯并聯的H電平升壓電路的電路圖。如圖2所示，Vin是輸入直流電源、 電感111、L12、L21、L22是升壓電感，開關管S11、S12、S21、S22是升壓控制的開關元件，二 極管D11、D12、D21、D22是續流二極管，電容C1、C2是母線電容。兩個H電平升壓電路交錯 工作，形成交錯并聯的H電平升壓電路。每個H電平升壓電路的工作過程是一樣的，只是交 錯的兩個單元的開關管的驅動信號進行一定角度的相移，使得兩個電感的電流紋波相加， 抵消特定次的諧波，最終使輸入總電流的紋波幅值減小，頻率增加，由此實現提高功率密度 的目的。
[0005] 但是，交錯并聯必須采樣每個交錯單元的輸入電感或者開關管的電流，單獨控制 每個交錯單元的電流，并且要進行均流控制，在控制技術上比較復雜。對于圖1所示的結 構，根據調制方式的不同，有開關管Sl和S2同時導通或者不同時導通兩個方式，W開關管 Sl和S2同時導通方式為例，在圖2所示的交錯并聯結構中需要單獨檢測兩個交錯單元的電 流，如電感L11、L12或者L21、L22的電流或者開關管S11、S12或者S21、S22的電流，分別 對兩個并聯單元的電流進行控制，并且需要輸入電流的一半作為單元電流的參考進行均流 控制。至少需要兩個電流采樣器件，和H個電流控制環，增加了采樣成本和控制復雜度。
[0006] 因此，交錯并聯結構需要采樣各交錯單元的電感或者開關管電流，進行電流的單 獨控制，同時需要增加均流控制器消除各單元間的環流，采樣的成本高，電流控制器結構復 雜。而且交錯并聯的單元數量多的時候（如大于兩個并聯單元）均流控制的復雜度增加很 多，對控制芯片的功能要求比較大，成本高。
【發明內容】
[0007] 本發明要解決的技術問題在于，針對現有升壓電路無法在保障效率和功率密度的 同時降低采樣成本和控制復雜度的缺陷，提供一種采用多態開關實現的多態H電平升壓電 路。
[0008] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是；構造一種多態H電平升壓電路，包 括：直流電壓源、第一升壓電感、第二升壓電感、第一母線電容、第二母線電容和控制器；所 述第一母線電容和第二母線電容串聯在所述多態H電平升壓電路的第一主輸出端和第二 主輸出端之間；
[0009] 所述多態H電平升壓電路還包括：第一多態開關和第二多態開關；直流電壓源的 正輸出端通過第一升壓電感連接至所述第一多態開關的第一端；所述第一多態開關的第H 端連接至所述第一主輸出端；所述直流電壓源的負輸出端通過第二升壓電感連接至所述 第二多態開關的第一端；所述第二多態開關的第H端連接至所述第二主輸出端；所述第一 多態開關和第二多態開關的第二端均連接至兩個母線電容的中點；其中，第一多態開關和 第二多態開關的橋臂均受控于所述控制器，根據各個橋臂導通狀態的不同形成多個開關模 態，使所述多態H電平升壓電路呈現H電平。
[0010] 在本發明所述的多態H電平升壓電路中，所述多態H電平升壓電路為H態H電平 升壓電路，所述第一多態開關和第二多態開關采用包含W下元件的多態開關：
[0011] 變壓器，所述變壓器的原邊的同名端和副邊的異名端相連作為多態開關的第一 端；且所述變壓器的原邊和副邊的面數相等；
[0012] 兩個整流元件，分別連接在所述變壓器的原邊的異名端與多態開關的第H端之 間，W及在所述變壓器的副邊的同名端與多態開關的第H端之間；
[0013] 兩個開關元件，分別連接在所述變壓器的原邊的異名端與多態開關的第二端之 間，W及在所述變壓器的副邊的同名端與多態開關的第二端之間；每個開關元件構成一個 橋臂，均受控于所述控制器；
[0014] 兩個多態開關均僅導通一個橋臂時構成所述多態H電平升壓電路的第一開關模 態；兩個多態開關的兩個橋臂均導通構成所述多態H電平升壓電路的第二開關模態；兩個 多態開關的兩個橋臂均斷開時構成所述多態H電平升壓電路的第H開關模態。
[001引在本發明所述的多態H電平升壓電路中，所述多態H電平升壓電路為N+1個開關 模態，其中N為大于2的整數；所述第一多態開關和第二多態開關采用包括W下元件的多態 開關：
[0016] 具有N個繞組的變壓器，所述變壓器的副邊N個繞組的同名端和異名端首尾相連 構成閉合等邊多邊形，且所述變壓器的原邊與副邊繞組的面數相等；所述變壓器的原邊N 個繞組的同名端相連作為多態開關的第一端；
[0017] N個整流元件，分別連接在所述變壓器的原邊N個繞組的異名端與多態開關的第 H端之間；
[0018] N個開關元件，分別連接在所述變壓器的原邊N個繞組的異名端與多態開關的第 二端之間；每個開關元件構成一個橋臂，受控于所述控制器；
[0019] 兩個多態開關均有1至N-I個橋臂導通時形成所述多態H電平升壓電路的第1至 N-I開關模態；兩個多態開關的N個橋臂均導通形成所述多態H電平升壓電路的第N開關 模態；兩個多態開關的N個橋臂均斷開時形成所述多態H電平升壓電路的第N+1開關模態。
[0020] 在本發明所述的多態H電平升壓電路中，所述第一升壓電感和所述第一多態開關 的變壓器采用第一集成變壓器實現，所述第二升壓電感和所述第二多態開關的變壓器采用 第二集成變壓器實現；所述第一集成變壓器和第二集成變壓器的原副邊禪合系數的大小由 電路所需的電流紋波大小決定。
[0021] 在本發明所述的多態H電平升壓電路中，所述多態開關中橋臂的開關元件的驅動 信號移相的角度為
[0022] 在本發明所述的多態H電平升壓電路中，所述多態H電平升壓電路還包括位于輸 入端的濾波器，用于對共模噪聲和差模噪聲進行濾波。
[0023] 在本發明所述的多態H電平升壓電路中，所述開關元件為金屬-氧化層半導體場 效晶體管、隔離柵雙極晶體管、結型場效應晶體管、集成口極換流晶間管、場控晶間管或絕 緣柵場效應管。
[0024] 本發明還提供了另一種多態H電平升壓電路，包括：直流電壓源、第一升壓電感、 第二升壓電感、第一母線電容、第二母線電容和控制器；還包括受控于所述控制器的第一多 態開關和第二多態開關，根據N個橋臂導通狀態的不同形成N+1個開關模態，使所述多態H 電平升壓電路呈現H電平，其中N為大于1的整數；
[00巧]第1至N-I開關模態時；兩個多態開關的第一端、第二端間均等效導通，使所述直 流電壓源、第一升壓電感、第一多態開關、第二多態開關和第二升壓電感形成第一回路為兩 個升壓電感儲能；兩個多態開關的第一端、第H端間均等效導通，使所述直流電壓源、第一 升壓電感、第一多態開關、第一母線電容、第二母線電容、第二多態開關和第二升壓電感形 成第二回路為兩個母線電容充電；
[0026] 第N開關模態時；兩個多態開關的第一端、第二端間均等效導通，第一端、第H端 間均等效斷開；使所述第一回路導通為兩個升壓電感儲能，所述第二回路斷開，兩個母線電 容串聯向負載放電；
[0027] 第N+1開關模態時；兩個多態開關的第一端、第二端間均等效斷開，第一端、第H 端間均等效導通；使所述第一回路斷開，第二回路導通為所述兩個母線電容充電。
[0028] 在本發明所述的多態H電平升壓電路中，所述