(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202110148753.7
(22)申请日 2021.02.03
(71)申请人 浙江日风电气股份有限公司
地址 310000 浙江省杭州市余杭区仓前街
道龙潭路26号1幢、2幢
(72)发明人 杨一 陈建明 严江涛 卢钢
(74)专利代理机构 杭州兴知捷专利代理事务所
(特殊普通合伙) 33338
代理人 董建军
(51)Int.Cl.
H02M 3/158(2006.01)
H02M 1/32(2007.01)
(54)发明名称一种飞跨电容三电平boost电路(57)摘要本发明公开了一种飞跨电容三电平boost电路，包括二极管D1、电感L1、电容Cfly、二极管D2、电容功率开关管T1和功率开关管T2，所述二极管D1的阳极连接电感L、功率开关管T1的漏极，电感L的另一端连接电源Vin的正极，功率开关管T1的源极连接功率开关管T2的源极的阴极、二极管ZD1的阴极和电容Cfly，电容Cfly的另一端连接二极管D1的阴极、二极管D4和二极管D2的阳极。本发明通过软件控制方法在不影响机器正常运行的情况下，对电流采样开路故障进行检测。本发明飞跨电容三电平boost电路通过串接稳压二极管的方式，可以解决boost三电平电 路下管电
压过高和二极管D2反向电压过高的问题。权利要求书1页 说明书3页 附图5页CN 112821761 A 2021.05.18
C N 112821761
A
1.一种飞跨电容三电平boost电路，包括二极管D1、电感L1、电容Cfly、二极管D2、电容功率开关管T1和功率开关管T2，其特征在于，所述二极管D1的阳极连接电感L、功率开关管T1的漏极，电感L的另一端连接电源Vin的正极，功率开关管T1的源极连接功率开关管T2的源极的阴极、二极管ZD1的阴极和电容Cfly，电容Cfly的另一端连接二极管D1的阴极、二极管D4和二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电容Cbus+和电阻R，电阻R的另一端连接电容Cbus ‑、功率开关管T2的漏极和电源Vin的负极，二极管ZD1的阳极连接二极管D3的阳极，二极管D3的阳极连接二极管ZD2的阳极，二极管D3的阴极连接电容Cbus ‑的另一端、电容Cbus+的另一端、二极管D3的阴极和二极管ZD2的阴极。
2.根据权利要求1所述的一种飞跨电容三电平boost电路，其特征在于，所述二极管ZD1为稳压二极管。
3.根据权利要求2所述的一种飞跨电容三电平boost电路，其特征在于，所述二极管ZD2为稳压二极管。
4.根据权利要求3所述的一种飞跨电容三电平boost电路，其特征在于，所述二极管D3为整流二极管。
5.根据权利要求3所述的一种飞跨电容三电平boost电路，其特征在于，所述二极管D4为整流二极管。
6.根据权利要求3所述的一种飞跨电容三电平boost电路，其特征在于，所述功率开关管T1为MOS管。
7.根据权利要求3所述的一种飞跨电容三电平boost电路，其特征在于，所述功率开关管T2为MOS管。
权 利 要 求 书1/1页CN 112821761 A
一种飞跨电容三电平boost电路
技术领域
[0001]本发明涉及电气技术领域，具体是一种飞跨电容三电平boost电路。
背景技术
[0002]Boost电路是一种升压变换电路，可以使输出电压高于输入电压，常用在直流电动机驱动、单相功率因数校正和光伏逆变器直流侧部分。Boost电路又分为两电平电路和多电平电路，两电平电路主要用于电压等级较低的场合，而对于高压等级的场合主要使用多电平boost电路，其中以三电平电路最为常见。
对于同样的输出电压等级，三电平电路功率开关器件正常工作时电压应力是普通两电平电路的一半，因此可以使用低耐压等级的功率开关器件实现高压大功率输出。
[0003]下面以三电平boost为例进行分析。图1为一种常用的飞跨电容三电平boost电路，该电路在初始上电瞬间，由于飞跨电容电压为0，T2两端电压为整个输入电压，一般情况下，三电平boost开关管耐压等级均按一半母线电压来选取，当输入电压大于母线的一半时，就有对T2造成过压损坏的风险，此为问题1。在组串式光伏逆变器场合往往需要多路boost电路母线并联运行，当其中一路boost三电平正常工作时，母线已经上升到正常的电压等级，若另外一路由于输入电压低或者未接入光伏面板没有工作时，那这路的飞跨电容初始电压为0时，由于功率开关管T1和T2断开，飞跨电容负端电压接近0，这样二极管D2两端承受的反向电压为整个母线电压，可能导致D2过压击穿，此为问题2。
发明内容
[0004]本发明的目的在于提供一种飞跨电容三电平boost电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种飞跨电容三电平boost电路，包括二极管D1、电感L1、电容Cfly、二极管D2、电容功率开关管T1和功率开关管T2，所述二极管D1的阳极连接电感L、功率开关管T1的漏极，电感L的另一端连接电源Vin的
正极，功率开关管T1的源极连接功率开关管T2的源极的阴极、二极管ZD1的阴极和电容Cfly，电容Cfly的另一端连接二极管D1的阴极、二极管D4和二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电容Cbus+和电阻R，电阻R的另一端连接电容Cbus‑、功率开关管T2的漏极和电源Vin的负极，二极管ZD1的阳极连接二极管D3的阳极，二极管D3的阳极连接二极管ZD2的阳极，二极管D3的阴极连接电容Cbus‑的另一端、电容Cbus+的另一端、二极管D3的阴极和二极管ZD2的阴极。
[0006]作为本发明的进一步技术方案：所述二极管ZD1为稳压二极管。
[0007]作为本发明的进一步技术方案：所述二极管ZD2为稳压二极管。
[0008]作为本发明的进一步技术方案：所述二极管D3为整流二极管。
[0009]作为本发明的进一步技术方案：所述二极管D4为整流二极管。
[0010]作为本发明的进一步技术方案：所述功率开关管T1为MOS管。
[0011]作为本发明的进一步技术方案：所述功率开关管T2为MOS管。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明飞跨电容三电平boost电路通过串接稳压二极管的方式，可以解决boost三电平电路下管电压过高和二极管D2反向电压过高的问题。
附图说明
[0013]图1是常用的飞跨电容三电平boost电路图。
[0014]图2是本发明的飞跨电容三电平boost电路图。
[0015]图3是D<0.5，功率开关管的驱动波形和电感电流波形图。
[0016]图4是D<0.5，电流路径为Vin+→L→T1→Cfly→D2→Cbus+→Cbus‑→Vin‑的开关区间电感电流回路图。
[0017]图5是D<0.5，电流路径为Vin+→L→D1→D2→Cbus+→Cbus‑→Vin‑的开关区间电感电流回路图。
[0018]图6是D<0.5，电流路径为Vin+→L→D1→Cfly→T2→Vin‑的开关区间电感电流回路图。
[0019]图7是D<0.5，电流路径为Vin+→L→D1→D2→Cbus+→Cbus‑→Vin‑的开关区间电感电流回路图。
[0020]图8是D>0.5，功率开关管的驱动波形和电感电流波形图。
[0021]图9是D>0.5，电流路径为Vin+→L→T1→T2→Vin‑的开关区间电感电流回路图。[0022]图10是D>0.5，电流路径为Vin+→L→T1→Cfly→D2→Cbus+→Cbus‑→Vin‑的开关区间电感电流回路图。
[0023]图11是D>0.5，电流路径为Vin+→L→T1→T2→Vin‑的开关区间电感电流回路图。[0024]图12是D>0.5，电流路径为Vin+→L→D1→Cfly→T2→Vin‑的开关区间电感电流回路图。
具体实施方式
[0025]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0026]请参阅图1‑12，实施例1：一种飞跨电容三电平boost电路，包括二极管D1、电感L1、电容Cfly、二极管D2、电容功率开关管T1和功率开关管T2，所述二极管D1的阳极连接电感L、功率开关管T1的漏极，电感L的另一端连接电源Vin的正极，功率开关管T1的源极连接功率开关管T2的源极的阴极、二极管ZD1的阴极和电容Cfly，电容Cfly的另一端连接二极管D1的阴极、二极管D4和二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电容Cbus+和电阻R，电阻R的另一端连接电容Cbus‑、功率开关管T2的漏极和电源Vin的负极，二极管ZD1的阳极连接二极管D3的阳极，二极管D3的阳极连接二极管ZD2的阳极，二极管D3的阴极连接电容Cbus‑的另一端、电容Cbus+的另一端、二极管D3的阴极和二极管ZD2的阴极。
[0027]对于问题1可以在飞跨电容负端与母线中点串接一个二极管D3解决，将飞跨电容
负端电压钳位在下半母线电压，这样加在开关管T2两端的电压就被钳位在0.5母线电压。实际工作中，飞跨电容电压会有点波动，二极管D3会因为频繁流过电流而有过热现象，可以将稳压管ZD1与二极管D3串联，这样只有飞跨电容电压波动操作稳压管稳定电压时二极管才会工作，有效的降低二极管D3的功率损耗，提高功率效率。
[0028]对于问题2同样在飞跨电容正端与母线中点串接一个二极管D4来解决，这样初始阶段飞跨电容正端电压就被钳位在下半母线电压，二极管D2承受的最大反向电压为0.5母线电压。同样为了防止二极管D4电流频繁有电流流过，将稳压管ZD2与其串联。
[0029]本电路需要控制飞跨电容电压稳定在半母线电压之上Vcfly = 0.5*Vbus + 偏置电压，即Vcfly > 0.5*Vbus，开关管T1和T2相位相差180°。电路工作状态分为D<0.5和D>0.5两种，分别如图4‑7和图9‑12所示
实施例2，在实施例1的基础上，二极管ZD1为稳压二极管。二极管ZD2为稳压二极管。二极管D3为整流二极管。二极管D4为整流二极管。述功率开关管T1为MOS管。功率开关管T2为MOS管。
[0030]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的
精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。[0031]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
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