一种均压型三电平升压变换器

1.本实用新型属于多电源均衡技术领域，具体涉及一种均压型三电平升压变换器。


背景技术：

2.多电源级联系统存在着电压不均衡问题，会对可再生能源的应用带来挑战。
3.现有技术中的多电源级联变换器具有以下缺点：1、系统的电压增益有限；2、两电平变换器电流纹波大、器件的电压应力高；3、辅助均衡电路的体积庞大；4、电路可靠性较低。这些缺点需要通过增加额外的电路结构来解决，因此，研究人员一直在努力研究能够实现高功率密度和高可靠性的新型结构。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种均压型三电平升压变换器，能够解决现有技术中多电源级联升压变换器电压增益低、电流纹波大、电路体积大、功率器件应力大及可靠性低的缺点。
5.本实用新型是通过以下技术方案来实现：
6.一种均压型三电平升压变换器，其特征在于，包括多个级联的升压型三电平基本单元；
7.所述升压型三电平基本单元包括第一开关管s1、第二开关管s2、第三开关管s3、第四开关管s4、第一电感l1、第二电容c2和第一直流源vin；
8.第一直流源正极连接第一电感l1后分别连接第一开关管s1源极和第三开关管s3源极；所述第一开关管s1漏极分别连接第二开关管s2源极和第二电容c2正极；所述第二开关管s2漏极分别连接第一直流源负极和第四开关管s4漏极，所述第四开关管s4源极连接第二电容c2负极；
9.中间级升压型三电平基本单元的第三开关管s3漏极连接上一级升压型三电平基本单元的第三电容正极、第一开关管s1漏极和第二开关管s2源极；
10.所述首级升压型三电平基本单元第三开关管s3漏极连接第一电容c1正极，且第一电容c1负极分别连接第二电容c2正极、第一开关管s1漏极、第二开关管s2源极和下一级升压型三电平基本单元的第三开关管s3漏极。
11.首级升压型三电平基本单元的第三开关管s3漏极和第一电容c1的正极合流并连接有第一电阻r1一端，末级升压型三电平基本单元的第四开关管 s4源极和第三电容的负极合流并连接第一电阻r1另一端。
12.进一步，所述升压型三电平基本单元不少于两组。
13.进一步，还包括电压传感器、dsp芯片和pwm控制器；
14.所述电压传感器测量端分别连接在第一直流源、末级升压型三电平基本单元的第一直流源和第一电阻r1两端，输出端依次连接dsp芯片和pwm 控制器，pwm控制器上设置八个输出端，分别连接至两个升压型三电平基本单元的第一开关管s1栅极、第二开关管s2栅
极、第三开关管s3栅极、第四开关管s4栅极。
15.进一步，所述第一直流源电压值为12v。
16.进一步，所述第一开关管s1、第二开关管s2、第三开关管s3和第四开关管s4均采用n通道功率mosfet开关管。
17.进一步，所述mosfet开关管采用ipp019n08nf2s的型号。
18.进一步，所述第一电感l1的电感值为900uh。
19.进一步，所述第一电容c1和第二电容c2容量均为100uf。
20.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
21.本实用新型提供一种均压型三电平升压变换器，通过可级联的升压型三电平基本单元的电路结构，级联结构使得电路可具有很高的电压增益，多电平结构可有效抑制谐波，本变换器具有低的电流纹波，功率器件低电压应力，且较少的功率器件提高了电路的可靠性。
附图说明
22.图1为本实用新型具体实施例中一种均压型三电平升压变换器电路拓扑图；
23.图2为本实用新型具体实施例中采用两组升压型三电平基本单元级联的电路拓扑图；
24.图3为本实用新型具体实施例中第一种工作状态示意图；
25.图4为本实用新型具体实施例中第二种工作状态示意图；
26.图5为本实用新型具体实施例中第三种工作状态示意图；
27.图6为本实用新型具体实施例中第四种工作状态示意图。
28.图中：
具体实施方式
29.下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
30.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
31.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、产品或设备固有的其它步骤或单元。
32.本实用新型提供一种均压型三电平升压变换器，如图1和图2所示，包括多个级联
的升压型三电平基本单元；
33.所述升压型三电平基本单元包括第一开关管s1、第二开关管s2、第三开关管s3、第四开关管s4、第一电感l1、第二电容c2和第一直流源vin；
34.第一直流源正极连接第一电感l1后分别连接第一开关管s1源极和第三开关管s3源极；所述第一开关管s1漏极分别连接第二开关管s2源极和第二电容c2正极；所述第二开关管s2漏极分别连接第一直流源负极和第四开关管s4漏极，所述第四开关管s4源极连接第二电容c2负极；
35.中间级升压型三电平基本单元的第三开关管s3漏极连接上一级升压型三电平基本单元的第三电容正极、第一开关管s1漏极和第二开关管s2源极；
36.所述首级升压型三电平基本单元第三开关管s3漏极连接第一电容c1正极，且第一电容c1负极分别连接第二电容c2正极、第一开关管s1漏极、第二开关管s2源极和下一级升压型三电平基本单元的第三开关管s3漏极。
37.首级升压型三电平基本单元的第三开关管s3漏极和第一电容c1的正极合流并连接有第一电阻r1一端，末级升压型三电平基本单元的第四开关管 s4源极和第三电容的负极合流并连接第一电阻r1另一端。
38.进一步的，所述升压型三电平基本单元不少于两组。
39.进一步的，还包括电压传感器、dsp芯片和pwm控制器；
40.所述电压传感器测量端分别连接在第一直流源、末级升压型三电平基本单元的第一直流源和第一电阻r1两端，输出端依次连接dsp芯片和pwm 控制器，pwm控制器上设置八个输出端，分别连接至两个升压型三电平基本单元的第一开关管s1栅极、第二开关管s2栅极、第三开关管s3栅极、第四开关管s4栅极，用于控制本技术中一种均压型三电平升压变换器模式切换。
41.进一步的，所述第一直流源电压值为12v。
42.进一步的，所述第一开关管s1、第二开关管s2、第三开关管s3和第四开关管s4均采用n通道功率mosfet开关管。
43.进一步的，所述mosfet开关管采用ipp019n08nf2s的型号。
44.进一步的，所述第一电感l1的电感值为900uh，所述第一电容c1和第二电容c2容量均为100uf。
45.本实用新型一种均压型三电平升压变换器在使用时，采用含有两级升压型三电平基本单元的电路进行举例，包括四种工作模式，
46.为了方便理解，其中第二级升压型三电平基本单元的电路元件包括与第一开关管s1、第二开关管s2、第三开关管s3、第四开关管s4、第一电感 l1、第二电容c2和第一直流源vin一一对应的第二直流源vin2、第二电感l2、第五开关管s5、第六开关管s6、第七开关管s8和第三电容c3；
47.第一种工作模式：如图3所示，第一开关管s1、第二开关管s2、第五开关管s5、第六开关管s6开通，第三开关管s3、第四开关管s4、第七开关管s7、第八开关管s8关断。第一直流源vin1对第一电感l1进行充电，第二直流源vin2对第二电感l2进行充电，第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3对第一电阻r1进行放电维持第一电阻r1电压稳定。
48.第二种工作模式：如图4所示，第一开关管s1、第四开关管s4、第六开关管s6、第七
开关管s7开通，第二开关管s2、第三开关管s3、第五开关管s5、第八开关管s8关断。第一直流源vin1和第二直流源vin2通过第二电容c2维持电压均衡，第一电容c1、第三电容c3对第一电阻r1进行放电维持第一电阻r1电压稳定。
49.第三种工作模式：如图5所示，第二开关管s2、第三开关管s3、第五开关管s5、第八开关管s8开通，第一开关管s1、第四开关管s4、第六开关管s6、第七开关管s7关断。第一直流源vin1和第一电感l1对第一电容 c1进行充电，第二直流源vin2和第二电感l2对第三电容c3进行充电，第一直流源vin1和第二直流源vin2共同维持第一电阻r1电压稳定。
50.第四种工作模式：参见图6，第三开关管s3、第四开关管s4、第七开关管s7、第八开关管s8开通，第一开关管s1、第二开关管s2、第五开关管s5、第六开关管s6关断。第一直流源vin1和第一电感l1对第一电容c1 进行充电，第二直流源vin2和第二电感l2对第三电容c3进行充电，第一直流源vin1和第二直流源vin2通过第二电容c2维持电压均衡，第一直流源vin1和第二直流源vin2共同维持第一电阻r1电压稳定。
51.通过以上四种工作模式的交替运行，本实用新型一种均压型三电平升压变换器通过可级联的电路结构实现超高增益升压功能，本变换器具有低的电流纹波，功率器件低电压应力，且较少的功率器件提高了电路的可靠性。
52.本实用新型还公开了一种均压型三电平升压变换器，包括电压传感器、 dsp芯片、pwm控制器和本技术所述的一种均压型三电平升压变换器；电压传感器测量端分别连接在第一直流源vin1、第二直流源vin2和第一电阻 r1两端，输出端依次连接dsp芯片和pwm控制器，pwm控制器上设置八个输出端，分别连接至两个升压型三电平基本单元的第一开关管s1栅极、第二开关管s2栅极、第三开关管s3栅极、第四开关管s4栅极。
53.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。