專(zhuān)利名稱(chēng)：一種緩沖交換式降壓斬波系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直-直轉(zhuǎn)換技術(shù)，特別是涉及一種利用儲(chǔ)能器進(jìn)行直-直轉(zhuǎn)換的緩沖交換式降壓斬波系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
直流斬波技術(shù)在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源、電機(jī)調(diào)速等多種電力電子領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。 其技術(shù)核心是以脈沖調(diào)制PWM技術(shù)為基礎(chǔ)，并通過(guò)占空比可變的開(kāi)關(guān)脈沖驅(qū)動(dòng)功率半導(dǎo)體 電力電子元件比如MOSFET、IGBT等元件，使供電電源到負(fù)載的供電回路工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)， 同時(shí)通過(guò)有源濾波或無(wú)源濾波技術(shù)，將開(kāi)關(guān)脈沖變化成較平穩(wěn)的波形，再向負(fù)載供電。通過(guò) 調(diào)解PWM脈沖的占空比，可以達(dá)到輸出電流、電壓可調(diào)的目的，從而實(shí)現(xiàn)輸出功率的調(diào)解。為了滿(mǎn)足現(xiàn)代電子設(shè)備對(duì)電源精度電流、電壓等的進(jìn)一步要求，及電源小型化，功 率密度不斷提高的趨勢(shì)，功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的工作頻率不斷上升，斬波電路的斬波頻率 也不斷提高，目前可達(dá)數(shù)百K。開(kāi)關(guān)頻率的增加，為濾波電感的減小，提供了直接的可能。更 使以斬波技術(shù)為基礎(chǔ)的電源系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)度進(jìn)一步增加。但同時(shí)也帶來(lái)另一方面的問(wèn)題， 即目前的某些功率半導(dǎo)體器件，比如IGBT，并不純粹工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，每次在驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)脈沖 的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，都無(wú)可避免地會(huì)經(jīng)過(guò)功率管的線性區(qū)，雖然時(shí)間極短納秒級(jí)，但 總會(huì)做功發(fā)熱，如果開(kāi)關(guān)頻率比較高，則斬波系統(tǒng)事實(shí)上存在較大的自身功耗。事實(shí)上，開(kāi) 關(guān)功率半導(dǎo)體器件工作在開(kāi)的狀態(tài)其自身功耗很低，功率損耗主要源自開(kāi)、關(guān)狀態(tài)的切換， 因此，如果能降低斬波系統(tǒng)的工作頻率，器件自身的功率損耗勢(shì)必降低，但同時(shí)又帶來(lái)另外 的問(wèn)題及在電源可調(diào)節(jié)能力降低的同時(shí)，用來(lái)進(jìn)行濾波的電感器會(huì)隨之增大，因此斬波系 統(tǒng)的小型化、功率密度的提高與自身功耗的降低事實(shí)是存在的矛盾。當(dāng)然隨著現(xiàn)代半導(dǎo)體 技術(shù)的發(fā)展，功率半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)速度已經(jīng)極大地提高，這使這一現(xiàn)實(shí)矛盾得到一定程 度的緩解。根據(jù)以上多斬波系統(tǒng)基本原理及功耗問(wèn)題的分析，如果通過(guò)一定的技術(shù)途徑首先 對(duì)待斬波的直流源進(jìn)行一次變換，使之較目標(biāo)輸出有較小的偏差，然后在經(jīng)過(guò)二次斬波變 換，則可以降低斬波系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率，有效降低功率器件自身的功耗，則斬波系統(tǒng)中存在的 矛盾可以得到有效解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種借助于大容量、高性能的儲(chǔ) 能部件首先進(jìn)行能量的緩沖，即通過(guò)將待斬波直流源的電能首先緩沖在高性能儲(chǔ)能部件的 內(nèi)部完成一次變換，然后再將高性能儲(chǔ)能部件作為中間直流源對(duì)外部負(fù)載通過(guò)斬波系統(tǒng)供 電，完成第二次變換的緩沖交換式降壓斬波系統(tǒng)。本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)包括直流源和負(fù)載的正極端口，所述 直流源至少為一個(gè)，所述負(fù)載的正極端口至少為一個(gè)；所述直流源和負(fù)載的正極端口之間 順序連接緩沖開(kāi)關(guān)陣列、以?xún)?chǔ)能器為主組成的儲(chǔ)能器直_直轉(zhuǎn)換單元和交換開(kāi)關(guān)陣列；所述緩沖開(kāi)關(guān)陣列和交換開(kāi)關(guān)陣列與驅(qū)動(dòng)模塊電連接；所述驅(qū)動(dòng)模塊與CPU及存貯器電連 接；所述CPU及存貯器還設(shè)置負(fù)載檢測(cè)單元和儲(chǔ)能檢測(cè)單元；所述負(fù)載檢測(cè)單元電連接負(fù) 載的正極端口 ；所述儲(chǔ)能檢測(cè)單元電連接儲(chǔ)能器直-直轉(zhuǎn)換單元中的儲(chǔ)能器。所述負(fù)載的正極端口之前設(shè)置濾波電路。所述儲(chǔ)能器直_直轉(zhuǎn)換單元至少包括兩個(gè)獨(dú)立的能夠?qū)崿F(xiàn)交替充電和放電工作的并聯(lián)結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能器，所有儲(chǔ)能器并聯(lián)在緩沖開(kāi)關(guān)陣列和交換開(kāi)關(guān)陣列之間，每個(gè)儲(chǔ)能器 都與儲(chǔ)能檢測(cè)單元電連接。所述儲(chǔ)能器直-直轉(zhuǎn)換單元至少有兩組由儲(chǔ)能器與開(kāi)關(guān)相間串聯(lián)的降壓組件，所 述降壓組件中的儲(chǔ)能器至少為兩個(gè)，它們之間通過(guò)開(kāi)關(guān)連接；所有開(kāi)關(guān)構(gòu)成開(kāi)關(guān)陣列，所 有降壓組件并聯(lián)在緩沖開(kāi)關(guān)陣列和交換開(kāi)關(guān)陣列之間，每個(gè)儲(chǔ)能器都與儲(chǔ)能檢測(cè)單元電連 接，開(kāi)關(guān)陣列與驅(qū)動(dòng)模塊電連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)可以大幅度降低斬波系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率，有 效降低斬波系統(tǒng)的功耗，提高斬波系統(tǒng)的效率，過(guò)載能力強(qiáng)；適合于直直降壓轉(zhuǎn)換的裝置和 設(shè)備使用。


圖1為本發(fā)明的電氣原理框圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的電氣原理框圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的電氣原理框圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例3的電氣原理框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明參照附圖本發(fā)明包括直流源和負(fù)載的正極端口 X，所述直流源至少為一個(gè)，所述 負(fù)載的正極端口 X至少為一個(gè)；所述直流源和負(fù)載的正極端口 χ之間順序連接緩沖開(kāi)關(guān)陣 列、以?xún)?chǔ)能器為主組成的儲(chǔ)能器直-直轉(zhuǎn)換單元和交換開(kāi)關(guān)陣列；所述緩沖開(kāi)關(guān)陣列和交 換開(kāi)關(guān)陣列與驅(qū)動(dòng)模塊電連接；所述驅(qū)動(dòng)模塊與CPU及存貯器電連接；所述CPU及存貯器 還設(shè)置負(fù)載檢測(cè)單元和儲(chǔ)能檢測(cè)單元；所述負(fù)載檢測(cè)單元電連接負(fù)載的正極端口 X ；所述 儲(chǔ)能檢測(cè)單元電連接儲(chǔ)能器直-直轉(zhuǎn)換單元中的儲(chǔ)能器。所述負(fù)載的正極端口 X之前設(shè)置濾波電路。所述儲(chǔ)能器直_直轉(zhuǎn)換單元至少包括兩個(gè)獨(dú)立的能夠?qū)崿F(xiàn)交替充電和放電工作 的并聯(lián)結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能器，所有儲(chǔ)能器并聯(lián)在緩沖開(kāi)關(guān)陣列和交換開(kāi)關(guān)陣列之間，每個(gè)儲(chǔ)能器 都與儲(chǔ)能檢測(cè)單元電連接。所述儲(chǔ)能器直-直轉(zhuǎn)換單元至少有兩組由儲(chǔ)能器與開(kāi)關(guān)相間串聯(lián)的降壓組件，所 述降壓組件中的儲(chǔ)能器至少為兩個(gè)，它們之間通過(guò)開(kāi)關(guān)連接；所有開(kāi)關(guān)構(gòu)成開(kāi)關(guān)陣列，所 有降壓組件并聯(lián)在緩沖開(kāi)關(guān)陣列和交換開(kāi)關(guān)陣列之間，每個(gè)儲(chǔ)能器都與儲(chǔ)能檢測(cè)單元電連 接，開(kāi)關(guān)陣列與驅(qū)動(dòng)模塊電連接。所述儲(chǔ)能器優(yōu)選超級(jí)電容；驅(qū)動(dòng)模塊、CPU及存貯器、負(fù)載檢測(cè)單元、儲(chǔ)能檢測(cè)單 元、開(kāi)關(guān)、緩沖開(kāi)關(guān)陣列、交換開(kāi)關(guān)陣列選用成熟的現(xiàn)有技術(shù)的電路或產(chǎn)品，CPU及存貯器的存貯器中能夠安裝專(zhuān)用軟件和設(shè)置并保存有關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的系統(tǒng)配置專(zhuān)用軟件。實(shí)施例及工作原理實(shí)施例1參照附圖2，在本實(shí)施例中，直流源和負(fù)載的正極端口 X均為一個(gè)，如果儲(chǔ)能器的充電時(shí)間小于儲(chǔ)能器的發(fā)電時(shí)間，兩個(gè)儲(chǔ)能器就能夠保證它們交替給負(fù)載供電的連 續(xù)性，如果儲(chǔ)能器的充電時(shí)間大于儲(chǔ)能器的放電時(shí)間，儲(chǔ)能器的個(gè)數(shù)需要相應(yīng)增加，以滿(mǎn)足 負(fù)載連續(xù)用電的要求。以?xún)蓚€(gè)儲(chǔ)能器為例，其中一個(gè)為空處于充電狀態(tài)，另外一個(gè)為滿(mǎn)處于 放電狀態(tài)，或者放電就緒狀態(tài)，負(fù)載工作時(shí)，為滿(mǎn)的儲(chǔ)能器處于放電狀態(tài)，負(fù)載停止工作時(shí)， 為滿(mǎn)的儲(chǔ)能器處于放電就緒狀態(tài)。CPU及存貯器的軟件實(shí)施智能控制和管理。以負(fù)載工作 時(shí)為例，充電的儲(chǔ)能器通過(guò)緩沖開(kāi)關(guān)陣列接通，但交換開(kāi)關(guān)陣列中與后面負(fù)載的通道被斷 開(kāi)，當(dāng)該儲(chǔ)能器充滿(mǎn)后，上述開(kāi)關(guān)陣列改變通斷，即儲(chǔ)能器通過(guò)交換開(kāi)關(guān)陣列接通連接后面 負(fù)載的通道，同時(shí)通過(guò)緩沖開(kāi)關(guān)陣列斷開(kāi)與直流源的通道，此時(shí)至少有一個(gè)儲(chǔ)能器給負(fù)載 供電。當(dāng)儲(chǔ)能檢測(cè)單元檢測(cè)到正在放電的儲(chǔ)能器的電壓低于某一設(shè)定值時(shí)，該儲(chǔ)能器的交 換開(kāi)關(guān)陣列斷開(kāi)負(fù)載通道，緩沖開(kāi)關(guān)陣列接通直流源進(jìn)入充電。然后每個(gè)儲(chǔ)能器進(jìn)行上述 反復(fù)的充電和放電，實(shí)現(xiàn)降壓的直直變換。實(shí)施例2參照附圖3，在本實(shí)施例中，與實(shí)施例1不同的是，兩個(gè)儲(chǔ)能器的后面通過(guò) 開(kāi)關(guān)陣列再接一個(gè)儲(chǔ)能器，或者，其后多個(gè)開(kāi)關(guān)陣列和多個(gè)儲(chǔ)能器相間串聯(lián)。其目的是為了 實(shí)現(xiàn)逐級(jí)降壓，其他原理同實(shí)施例1，不再贅述。實(shí)施例3參照附圖4，在本實(shí)施例中，與實(shí)施例1不同的是，直流源為M個(gè)，S卩直流 源1-直流源M，負(fù)載的正極端口個(gè)數(shù)為N個(gè)，即X1-XN。儲(chǔ)能器為K個(gè)，即儲(chǔ)能器1-儲(chǔ)能 器K。工作原理同實(shí)施例1，不再贅述。但需要說(shuō)明的是，儲(chǔ)能器的充放電是在專(zhuān)用軟件的 控制下無(wú)序進(jìn)行的，進(jìn)一步講，系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載的情況，合理地調(diào)用儲(chǔ)能器的個(gè)數(shù)參與工作， 而且能夠合理地利用直流源。實(shí)施例4 是實(shí)施例2-3的結(jié)合。即儲(chǔ)能器后面通過(guò)開(kāi)關(guān)陣列相間連接多個(gè)儲(chǔ)能 器，以實(shí)現(xiàn)降壓的目的。原理是實(shí)施例1-3的組合，不再贅述。本發(fā)明的有益之處在于1、可以大幅度降低斬波系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率，有效降低斬波系統(tǒng)的功耗，提高斬波系 統(tǒng)的效率；2、通過(guò)高性能儲(chǔ)能部件的緩沖隊(duì)列作為中間緩沖環(huán)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)斬波系統(tǒng)的多源 可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，即為了實(shí)現(xiàn)大功率的斬波系統(tǒng)，可以通過(guò)中間的儲(chǔ)能緩沖隊(duì)列，在輸入級(jí)方便 地增加直流源，通過(guò)多個(gè)功率較小的直流源，擴(kuò)展成功率較大的直流源，從而有效地降低了 系統(tǒng)的功耗；3、儲(chǔ)能緩沖隊(duì)列作為中間直流源，可以依據(jù)其內(nèi)部?jī)?chǔ)能單元的數(shù)量對(duì)多個(gè)外部負(fù) 載供電，形成斬波系統(tǒng)的多輸出結(jié)構(gòu)。4、由于儲(chǔ)能緩沖隊(duì)列中儲(chǔ)能部件的特殊性質(zhì)，使得其能在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)提供與外 部負(fù)載要求較為接近的電流、電壓，因此，能量交換過(guò)程中斬波系統(tǒng)的電能回路波紋電壓、 電流較小，因此對(duì)于濾波電感器的要求較低，因此可以有效減少濾波電感器的體積，有利于 斬波系統(tǒng)的小型化及功率密度的提高。適合于降壓直_直轉(zhuǎn)換。
權(quán)利要求
一種緩沖交換式降壓斬波系統(tǒng)，包括直流源和負(fù)載的正極端口，所述直流源至少一個(gè)，所述負(fù)載的正極端口至少為一個(gè)；其特征在于所述直流源和負(fù)載的正極端口之間順序連接緩沖開(kāi)關(guān)陣列、以?xún)?chǔ)能器為主組成的儲(chǔ)能器直-直轉(zhuǎn)換單元和交換開(kāi)關(guān)陣列；所述緩沖開(kāi)關(guān)陣列和交換開(kāi)關(guān)陣列與驅(qū)動(dòng)模塊電連接；所述驅(qū)動(dòng)模塊與CPU及存貯器電連接；所述CPU及存貯器還設(shè)置負(fù)載檢測(cè)單元和儲(chǔ)能檢測(cè)單元；所述負(fù)載檢測(cè)單元電連接負(fù)載的正極端口；所述儲(chǔ)能檢測(cè)單元電連接儲(chǔ)能器直-直轉(zhuǎn)換單元中的儲(chǔ)能器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緩沖交換式降壓斬波系統(tǒng)，其特征在于所述負(fù)載的正極端 口 X之前設(shè)置濾波電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的緩沖交換式降壓斬波系統(tǒng)，其特征在于所述儲(chǔ)能器 直_直轉(zhuǎn)換單元至少包括兩個(gè)獨(dú)立的能夠?qū)崿F(xiàn)交替充電和放電工作的并聯(lián)結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能器， 所有儲(chǔ)能器并聯(lián)在緩沖開(kāi)關(guān)陣列和交換開(kāi)關(guān)陣列之間，每個(gè)儲(chǔ)能器都與儲(chǔ)能檢測(cè)單元電連 接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的緩沖交換式降壓斬波系統(tǒng)，其特征在于所述儲(chǔ)能器 直-直轉(zhuǎn)換單元至少有兩組由儲(chǔ)能器與開(kāi)關(guān)相間串聯(lián)的降壓組件，所述降壓組件中的儲(chǔ)能 器至少為兩個(gè)，它們之間通過(guò)開(kāi)關(guān)連接；所有開(kāi)關(guān)構(gòu)成開(kāi)關(guān)陣列，所有降壓組件并聯(lián)在緩沖 開(kāi)關(guān)陣列和交換開(kāi)關(guān)陣列之間，每個(gè)儲(chǔ)能器都與儲(chǔ)能檢測(cè)單元電連接，開(kāi)關(guān)陣列與驅(qū)動(dòng)模 塊電連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種緩沖交換式降壓斬波系統(tǒng)，包括直流源和負(fù)載的正極端口，所述直流源至少一個(gè)，所述負(fù)載的正極端口至少為一個(gè)；所述直流源和負(fù)載的正極端口之間順序連接緩沖開(kāi)關(guān)陣列、以?xún)?chǔ)能器為主組成的儲(chǔ)能器直-直轉(zhuǎn)換單元和交換開(kāi)關(guān)陣列；所述緩沖開(kāi)關(guān)陣列和交換開(kāi)關(guān)陣列與驅(qū)動(dòng)模塊電連接；所述驅(qū)動(dòng)模塊與CPU及存貯器電連接；所述CPU及存貯器還設(shè)置負(fù)載檢測(cè)單元和儲(chǔ)能檢測(cè)單元；所述負(fù)載檢測(cè)單元電連接負(fù)載的正極端口；所述儲(chǔ)能檢測(cè)單元電連接儲(chǔ)能器直-直轉(zhuǎn)換單元中的儲(chǔ)能器。本發(fā)明可以大幅度降低斬波系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率，有效降低斬波系統(tǒng)的功耗，提高斬波系統(tǒng)的效率；適合于直-直降壓轉(zhuǎn)換的裝置和設(shè)備使用。
文檔編號(hào)H02M3/145GK101807854SQ201010153458
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者周少軍, 張偉, 李勇周, 黃煒 申請(qǐng)人:張偉