[实用新型]一种三电平降压式变换电路

说明书

技术领域

本实用新型属于降压式变换电路，特别涉及一种三电平降压式变换电路。

背景技术

降压式变换电路(Buck变换电路)是电能变换器中常用的一种。常用的两电平降压式变换电路的每个开关管需要承受输入直流侧的全部电压，在低电压小容量的应用场合下，它具有结构简单，控制容易的优点。但是，在电压较高的场合下，考虑到成本和技术的限制，会出现单个开关管不能承受输入侧高电压的情况。

两电平降压式变换电路的高频开关器件处于关断状态时两端压差大，使它具有如下的缺点：在高频开关关断时，电压变化率dv/dt高，会产生很大的尖峰电压，容易击穿器件；高频开关器件承受很大的电压应力，使电路器件的参数要求较严格，增加电路成本；开关损耗大，降低了降压式变换电路的效率；开关电压过高使开关器件对附近电子设备的电磁干扰变大。常用的两电平降压式变换电路结构如图1所示，图中输入电源1的电压为u_i，所述电路通过高频开关元件的通断进行斩波，其中高频开关2可采用IGBT或者MOSFET，也可以采用其他电力电子开关器件。设高频开关2的开关周期为T，把开关周期T分成第一时间段t₁和第二时间段t₂两段，高频开关2在第一时间段t₁内导通，在第二时间段t₂内关断。当t∈t₁(即当前时间在第一时间段内)时，高频开关2导通，输入电源1向负载6供电，滤波电容5充电，流过电感3的电流i_L按照指数曲线上升；当t∈t₂时，高频开关2关断，流过电感3的电流经二极管4续流，i_L按照指数曲线下降，电容5放电。如电感3较大则电流i_L连续，电感3越大电流i_L脉动越小。若电容5很大，输出电压u_o可以认为是恒值，这时，在一个开关周期T之内，电感存储的能量为(u_i-u_o)i_Lt₁，其中u_o为输出电压，u_i为输入电压，i_L为流过电感3的电流，t₁为第一时间段；电感3释放的能量为u_oi_Lt₂，其中u_o为输出电压，i_L为流过电感3的电流，t₂为第二时间段，根据能量守恒定律，有

(u_i-u_o)i_Lt₁＝u_oi_Lt₂

整理得

其中u_o为输出电压，i_L为流过电感3的电流，t₂为第二时间段，t₁为第一时间段，T为开关周期，u_i为输入电压，α为占空比。

其中，第一时间段t₁、第二时间段t₂分别为高频开关2的导通时间和关断时间，α＝t₁/T称为占空比或导通比。由于图1所示电路中，高频开关2要承受全部输入电压u_i，使它具有上述两电平降压式变换电路的缺点，因此有必要提出一种使开关器件承受的电压应力较低的新型电路。多电平变换电路是解决这个问题的重要手段之一。综合考虑成本和可实现性，多电平变换电路中又以三电平变换电路应用最广泛。三电平降压式变换电路可以克服开关器件承受的电压应力高的缺点，其常用的解决方案是采用均压电容和箝位二极管进行中性点箝位，但是这种技术方案均压电容参数要求严格，且结构复杂。

实用新型内容

本实用新型的首要目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种结构简单、合理，既可以降低开关器件的电压应力，又可以减少滤波元件的容量的三电平降压式变换电路。

为达上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种三电平降压式变换电路，包括依次连接的续流二极管、滤波电路和负载，还包括输入电源、切换电路和第一开关，所述输入电源与切换电路连接，所述切换电路分别与第一开关的一端、续流二极管的阳极连接，所述第一开关的另一端与续流二极管的阴极连接。

所述输入电源为两个，分别为第一输入电源和第二输入电源，所述第一输入电源、第二输入电源分别与切换电路连接。