[发明专利]一种多级开关电感的前向电路拓扑及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子领域，涉及一种多级开关电感前向电路拓扑，特别是一种多级开关电感的前向电路拓扑及其控制方法。

背景技术

在电力电子电能变换电路中，各种升压变换电路层出不穷，能够影响电路升压范围的拓扑结构层出不穷，但非隔离变换拓扑总会受限于其升压能力，如何提升电路升压能力，且不增加额外开关器件，是主要考虑的方向。

发明内容

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

综合考虑开关电感结构的升压储能优势，在不改变开关方式的基础上，提出一种多级开关电感的前向电路拓扑，并给出其控制方法。

一种多级开关电感的前向电路拓扑，其特征在于，包括n级开关电感，各级电感分别通过二级管连接，其中n>1,且n为正整数；其中，开关电感包括电感L1、电感L2……电感Ln；二极管包括二极管D1、二极管D2……二极管D(n+5)；其中，二极管D1、电感L1、二极管D2串联；二极管D4、电感L2、二极管D5串联…直至二极管D(n+1)、电感L(n-1)、二极管D(n+2)串联；二极管D(n+4)、电感Ln、二极管D(n+5)串联,各个横向支路两端并联。

二极管D3从电感L1和二极管D2之间接出，且以此节点为高电位，连接于二极管D4和电感L2之间；二极管D6从电感L2和二极管D5之间接出，且以此节点为高电位，连接于二极管D7和电感L3之间…二极管Dn从电感L(n-2)和二极管D(n-1)之间接出，且以此节点为高电位，连接于二极管D(n+1)和电感L(n-1)之间；二极管D(n+3)从电感L(n-1)和二极管D(n+2)之间接出，且以此节点为高电位，连接于二极管D(n+4)和电感Ln之间。

在上述的一种多级开关电感的前向电路拓扑及其控制方法，具体器件数目为，当为2级时，电感为L1、L2，二极管为D1、D2…D5；当为3级时，电感为L1、L2、L3，二极管为D1、D2…D8；当为n级时，电感为L1、L2、L3…Ln，二极管为D1、D2…D(3n-1)，即电感n个，二极管3n-1个，分为横向支路n级，中间纵向支路n-1条(不包含横向支路左右两边固定并联的两条)

在上述的一种多级开关电感的前向电路拓扑及其控制方法，具体应用时，以电感L1、L2…L(n-1)、L(n+1)所属横向支路两端分别并联，且中间以对应纵向支路二极管串联后构成整体，整体串联于回路中，左端接于应用电路高电位端(电源正极)，右端接由开关系统与负载并联而成的结构，最终接低电位端(电源负极)构成回路。

一种多级开关电感的前向电路拓扑控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，电路通电，包括开通所述一种多级开关电感的前向电路拓扑所在的整体电路电源，使系统处于通电状态；

步骤2，充电过程，中间纵向二极管均反向截止，仅横向支路两联与电路中，输入端电压并联于各个横向支路，对每个电感进行充电；

步骤3，放电过程，中间纵向二极管导通，各个电感串联导通，与输入端电压串联向负载供电；

步骤4，调节升压。根据上述的一种多级开关电感的前向电路拓扑及其控制方法所处的步骤2、步骤3中过程，根据单个电感能量守恒定律，求得不同t₁、t₂时间下拓扑的升压增益。

在上述的一种多级开关电感的前向电路拓扑控制方法，所述步骤2中，充电过程具体控制方法包括以下步骤：

步骤201，通过控制开关器件导通，假设导通时间为t1，使得所述多级开关电感的前向电路拓扑与输入端构成独立回路；

步骤202，所述多级开关电感的前向电路拓扑右端直接与电压低电位相接，储能电感L1、L2……Ln右边电位为低，使得中间纵向支路所在二极管输入端接低电位而截止，具体为二极管D3……Dn、D(n+3)反向截止，二极管D1、D4……D(n+1)、D(n+4)正向导通，二极管D2、D5……D(n+2)、D(n+5)正向导通；

步骤203，所述多级开关电感的前向电路拓扑横向支路并联于输入电压两端，假设输入电压为V_in,则各个电感值大小相同均为L，因此在导通时间t₁内，流入单个电感电流为

在上述的一种多级开关电感的前向电路其控制方法，所述步骤3中，放电过程具体控制方法包括以下步骤：