一种冗余容错Buck-Boost变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种冗余容错Buck‑Boost变换器，涉及电力电子技术领域。本发明专利技术基于传统TSBB电路提出了一种改进的Buck‑Boost变换器，主要是通过改变原有拓扑电路结构以及增加了一个额外的功率开关管进行改进设计；改进后的拓扑电路具有的额外功能是具有容错性能，利用一个额外的功率开关管可以实现对拓扑原有的两个开关管的容错功能；改进后的拓扑电路同样可以工作在Buck、Boost、Buck‑Boost任意一种工作模式下。本发明专利技术拓扑相比于传统TSBB具有容错功能，并且仅仅利用一个额外的功率开关管就可以实现对拓扑本身任意一开关管进行容错；由于两个开关管都进行了接地，因此在设计驱动电路方面，更加便捷。

【技术实现步骤摘要】
一种冗余容错Buck-Boost变换器
本专利技术属于电力电子
，特别是涉及一种冗余容错Buck-Boost变换器。
技术介绍
在过去的几十年里，电力电子技术不断发展，同时DC-DC技术得到了极大的发展，DC-DC技术的研究一直在进行，主要研究方向在拓扑性能、控制性能、可靠性等方向，同时它广泛应用于各中行业中，小到家用电器，大到混合电动汽车、电网、工业传动、航天、可再生能源等领域。例如在一些交流电机驱动系统中，Buck-Boost电路起到了非常重要的作用，其在系统响应中的性能，对驱动系统稳定有着重要意义。电力电子开关管故障容错拓扑，可以同时对功率开关管开路故障和短路故障进行容错，进一步提高了电力电子拓扑的可靠性。针对传统的两开关Buck-Boost电路拓扑进行改进，目的是从拓扑可靠性方面进行改进，提高其相应的性能。提出了新的Buck-Boost电路拓扑，使得TSBB(Two-switchbuck–boost)电路在其关键应用领域(电动汽车、工业生产、航天等)具有更好的性能和更高的可靠性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种冗余容错Buck-Boost变换器，解决了以上问题。为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术的一种冗余容错Buck-Boost变换器，基于传统TSBB电路提出了一种改进的Buck-Boost变换器，主要是通过改变原有拓扑电路结构以及增加了一个额外的功率开关管进行改进设计；改进后的拓扑电路具有的额外功能是具有容错性能，利用一个额外的功率开关管可以实现对拓扑原有的两个开关管的容错功能；改进后的拓扑电路同样可以工作在Buck、Boost、Buck-Boost任意一种工作模式下，任意一种工作模式下都可以实现容错功能。进一步地，在所述Buck模式下工作，分为两个工作状态：第一个状态：电源直接给负载充电，此时拓扑电路中S1开通，S2关闭，形成较大电流回路；第二个状态：续流阶段，此时拓扑电路中S1、S2关闭，电流经过拓扑电路中的D1、L、D2进行续流。进一步地，在所述Boost模式下工作，分为两个工作状态：第一个状态：拓扑电路中Vi给电感L充电，同时拓扑电路中C中能量向负载供电，此时拓扑电路中S1、S2开通，电流流经L、D2，形成电流回路；第二状态：拓扑电路中Vi和L同时给负载供电，此时拓扑电路中中S1开通、S2关闭，电流经过拓扑电路中L、D2、负载、S1。进一步地，在所述Buck-Boost模式下工作，分为两个工作状态：第一个状态：拓扑电路中电源给电感L充电，同时拓扑电路的C中能量向负载供电，此时S1关闭，S2开通，电流流经L、S2，形成电流回路；第二个状态：拓扑电路中L给负载供电，此时拓扑电路中S1、S2关闭，电流经过L、D1、D2。进一步地，在所述Buck-Boost模式下工作，当发生功率开关管故障后改进的拓扑电路可以进行容错控制，利用一个冗余的开关管Sf做为应急开关管，如果拓扑电路中发生S1发生故障，电流可以通过Df1、Sf；如果拓扑电路中S2发生故障，电流可以通过Df2、Sf。本专利技术相对于现有技术包括有以下有益效果：本专利技术的拓扑相比于传统TSBB(Two-switchbuck–boost)所具有的优势如下：(1)具有容错功能，并且仅仅利用一个额外的功率开关管就可以实现对拓扑本身任意一开关管进行容错。(2)由于两个开关管都进行了接地，因此在设计驱动电路方面，更加便捷。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的一种冗余容错Buck-Boost变换器的改进型Buck-Boost电路拓扑图；图2为本专利技术在Buck模式下改进Buck-Boost电路电流流向示意图；图3为本专利技术在Boost模式下改进TSBB电路电流流向示意图；图4为本专利技术在Buck-Boost模式下改进Buck-Boost电路电流流向示意图；图5为本专利技术在改进Buck-Boost电路容错运行电流流向示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-5所示，本专利技术的一种冗余容错Buck-Boost变换器，基于传统TSBB电路提出了一种改进的Buck-Boost变换器，主要是通过改变原有拓扑电路结构以及增加了一个额外的功率开关管进行改进设计，具体结构参阅图1所示；改进后的拓扑电路具有的额外功能是具有容错性能，利用一个额外的功率开关管可以实现对拓扑原有的两个开关管的容错功能；改进后的拓扑电路同样可以工作在Buck、Boost、Buck-Boost任意一种工作模式下，任意一种工作模式下都可以实现容错功能。其中，如图2所示，在Buck模式下工作，分为两个工作状态：第一个状态：电源直接给负载充电，此时拓扑电路中S1开通，S2关闭，形成较大电流回路，如图2(a)所示；第二个状态：续流阶段，此时拓扑电路中S1、S2关闭，电流经过拓扑电路中的D1、L、D2进行续流，如图2(b)所示。其中，如图3所示，在Boost模式下工作，分为两个工作状态：第一个状态：拓扑电路中Vi给电感L充电，同时拓扑电路中C中能量向负载供电，此时拓扑电路中S1、S2开通，电流流经L、D2，形成如图3(a)所示的电流回路；第二状态：拓扑电路中Vi和L同时给负载供电，此时拓扑电路中中S1开通、S2关闭，电流经过拓扑电路中L、D2、负载、S1，如图3(b)所示。其中，如图4所示，在Buck-Boost模式下工作，分为两个工作状态：第一个状态：拓扑电路中电源给电感L充电，同时拓扑电路的C中能量向负载供电，此时S1关闭，S2开通，电流流经L、S2，形成如图4(a)所示的电流回路；第二个状态：拓扑电路中L给负载供电，此时拓扑电路中S1、S2关闭，电流经过L、D1、D2，如图4(b)所示。其中，如图5所示，在Buck-Boost模式下工作，当发生功率开关管故障后改进的拓扑电路可以进行容错控制，利用一个冗余的开关管Sf做为应急开关管，如果拓扑电路中发生S1发生故障，电流可以通过Df1、Sf，如图5(a)所示；如果拓扑电路中S2发生故障，电流可以通过Df2、Sf，如图5(b)所示。本专利技术相对于现有技术具有以下有益效果：本专利技术的拓扑相比于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冗余容错Buck-Boost变换器，其特征在于，基于传统TSBB电路提出了一种改进的Buck-Boost变换器，主要是通过改变原有拓扑电路结构以及增加了一个额外的功率开关管进行改进设计；/n改进后的拓扑电路具有的额外功能是具有容错性能，利用一个额外的功率开关管可以实现对拓扑原有的两个开关管的容错功能；/n改进后的拓扑电路同样可以工作在Buck、Boost、Buck-Boost任意一种工作模式下，任意一种工作模式下都可以实现容错功能。/n

【技术特征摘要】
1.一种冗余容错Buck-Boost变换器，其特征在于，基于传统TSBB电路提出了一种改进的Buck-Boost变换器，主要是通过改变原有拓扑电路结构以及增加了一个额外的功率开关管进行改进设计；
改进后的拓扑电路具有的额外功能是具有容错性能，利用一个额外的功率开关管可以实现对拓扑原有的两个开关管的容错功能；
改进后的拓扑电路同样可以工作在Buck、Boost、Buck-Boost任意一种工作模式下，任意一种工作模式下都可以实现容错功能。


2.根据权利要求1所述的一种冗余容错Buck-Boost变换器，其特征在于，在所述Buck模式下工作，分为两个工作状态：
第一个状态：电源直接给负载充电，此时拓扑电路中S1开通，S2关闭，形成较大电流回路；
第二个状态：续流阶段，此时拓扑电路中S1、S2关闭，电流经过拓扑电路中的D1、L、D2进行续流。


3.根据权利要求1所述的一种冗余容错Buck-Boost变换器，其特征在于，在所述Boost模式下工作，分为两个工作状态：
第一个状态：拓扑电路中Vi...

【专利技术属性】
技术研发人员：张望亨，
申请(专利权)人：上海赛昉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31