[发明专利]带串联型降压升流电路的buck变换器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子变换技术领域，具体地，涉及一种带串联型降压升流电路的buck变换器。

背景技术

DC-DC电力变换器是一种电能转换装置，可以对直流电压进行转换，它将不可调节的直流电压转换成可调节的直流电压，其中buck变换器实现了对输入电压的降压操作。传统的buck电路输出电压与输入电压的比值为开关的占空比。当需要将很大的电压降到很小时，传统的buck电路占空比很小，无法进行实际应用。

随着新能源应用领域的不断拓宽，新能源开发技术要求buck变换器具有宽输入电压范围。一种方法是引入变压器模块，如正激变换器，通过原副边绕组的匝比降低对开关管占空比的要求。但是，该方法虽然可以拓宽变换器输入电压范围，控制占空比在一个合理的范围之内，却也意味着电路体积的明显增加。另一种方法是采用变换器级联技术，将两个或多个的变换器进行级联，输出输入电压的比值将会是占空比的多次方。

经过对现有技术的检索发现，在buck电路的前置电路中进行预先降压的研究非常少。在buck电路方面的研究主要集中在二次型buck或级联型buck的优化方面。卢志飞等在2011年的“电工技术学报”上介绍了单开关二次型的buck变换器；陆治国等在2014年2月的“电力电子技术”文章中提出“一种新型的交错并联二次型Buck变换器”，降低输出电流纹波并实现在相同占空比情况下达到更高的电压增益。在专利检索方面，相关研究专注于buck电路的控制算法、应用方式，缺少buck电路的降压预处理。

专利申请号：201510748108.3，名称:一种开关电源电路及太阳能发电系统，提出对电路中电感、电容连接方式的改进以提高效率，但没有降低对器件的要求。

综上所述，目前buck电路的研究主要集中在控制算法的优化和二次型或级联型的研究，缺乏预处理方面的研究和设计。由于电路原理上的约束，二次型或级联型的buck电路尽管较传统电路输入电压范围扩大，但提高空间不足，不能靠一味地增加级联个数来提高性能。而算法的改进也意味着算法复杂度的提高，在实际应用中不易于推广。另外，目前的相关buck电路电流的放大不可控，电压的成倍减小意味着电流的成倍增加，在特定应用中可能受限。

随着实践应用的推广，设计一种能提高输入电压范围、控制输入电流大小而不需要大量增加开关管数量或依赖复杂控制的降压变压器成为一个重要的研究方向。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种带串联型降压升流电路的buck变换器。

根据本发明提供的带串联型降压升流电路的buck变换器，包括降压升流电路、buck电路，所述降压升流电路的第一输出端连接至buck电路的第一输入端，降压升流电路的第二输出端连接至buck电路的第二输入端，即通过降压升流电路预先对输入电压进行降压升流处理再传输至buck电路的输入端。

优选地，所述降压升流电路包括：开关管S1、二极管D1、初级充放电单元、末级充放电单元和/或级联充放电路；其中：

所述初级充放电单元包括：电解电容C1、开关管S3；

所述末级充放电单元包括：二极管D_N+2、电解电容C_N+2、开关管S_2N+2，其中N表示级联充放电路中级联充放电单元的总个数；其中，D_N+2表示第N+2个二极管，C_N+2表示第N+2个电解电容，S_2N+2表示第2N+2个开关管；

级联充放电路包括：二极管D_n+1、电解电容C_n+1、开关管S_2n、开关管S_2n+3，其中n＝1,2,3…N；N表示级联充放电路中级联充放电单元的总个数；其中，D_n+1表示第n+1个二极管，S_2n表示2n个开关管，S_2n+3表示2n+3个开关管；

具体地，开关管S1的漏极与输入电源的正极相连，所述开关管S1的源极连接至二极管D1的正极，二极管D1的负极连接至电解电容C1的正极并构成所述降压升流电路的第一输出端；所述电解电容C1的负极连接至开关管S3的漏极，所述开关管S3的源极构成所述降压升流电路的第二输出端；