[發明專利]三電平降壓型變換器

有效

• 申請號: 201010172830.4
• 申請日: 2010-05-12
• 公開（公告）號: CN101860206A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 李武華
• 申請（專利權）人: 杭州矽力杰半導體技術有限公司
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 翁霽明

技術領域

本發明涉及一種直流-直流變換器，更具體的說涉及一種非隔離型三電平降壓型變換器。

背景技術

由于便攜式移動通信設備日益廣泛應用，為了減小便攜式電子產品體積、延長設備使用時間，如何實現高效率、高降壓型的直流-直流變換器，已經成為電力電子技術領域的研究重點，也是通信電源和消費類電子中的競爭熱點。

常規的非隔離型降壓型變換器如圖1所示。該變換器由一個功率開關管S1，一個同步整流管Q1，一個濾波電感L和一個輸出電容Co組成。電路結構簡單、控制方便。由于變換器的電壓增益只由功率開關管的占空比決定，在高降壓變換場合，比如12V輸入、1V輸出的消費類電子電源電壓調整模塊中，功率開關管的占空比非常小，導致功率器件的峰值電流很大，增加了功率器件的開關損耗。在動態調整過程中，變換器的占空比變換范圍有限，限制了變換器的帶寬，影響了變換器的動態特性。功率器件的電壓應力等于輸入電壓，難以采用低壓高性能的功率器件來降低電路的導通損耗。

為了在高降壓變換場合拓展變換器的占空比，國內外學者做了大量的研究工作，并取得了一系列的研究成果。一種方案是利用耦合電感的變壓器效應來實現電路的高降壓變換，但是為了吸收耦合電感的漏感能量，需要增加額外的有源或無源箝位電路。另一種方案是采用內置變壓器的方式來拓展電路的占空比，但是該方案需要增加額外的磁芯元件，增加了變換器體積。還有一種方案是采用兩級方案，前級采用較低頻率工作的常規降壓型變換器或開關電容實現的分壓電路，后級采用高頻工作的常規降壓型變換器，該方案的效率較高，但需要兩級變換，控制電路相對復雜。為了把兩級方案集成在一個變換器內，可以采用電容箝位的三電平降壓型變換器，該變換器既拓展了變換器的電壓增益，又降低了功率器件的電壓應力。但是由于電路參數的差異性，包括功率開關器件的上升沿和下降沿的不同、以及驅動信號的延時等，造成兩個開關管的占空比必然存在一定的差異。由于占空比的不一致性，在一個開關周期內，箝位電容的充電和放電電量不一樣，導致箝位電容電壓難以穩定在輸入電壓的一半。常規的電容箝位的三電平降壓型變換器，通過采樣箝位電容上的電壓，并增加額外的控制電路才能保證箝位電容上的電壓平衡，增加了控制復雜度。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種利用箝位二極管和箝位電容組成的混合箝位電路實現箝位電容的自平衡功能的、新的非隔離型混合箝位三電平降壓型變換器。

本發明的目的是通過如下技術方案來完成的，所述的三電平降壓型變換器，它包括有：分壓電容電路、箝位電路、開關變換電路以及輸出濾波電路，其中：

分壓電容電路，包括兩個串聯連接的相同規格的第一分壓電容和第二分壓電容，并且與輸入電壓源連接組成一回路，以分別在分壓電容電路的高端點、低端點以及分壓中點獲得三個不同電位的電壓信號；

開關變換電路，包括第一功率開關、第二功率開關、第一同步整流管、第二同步整流管，所述第一功率開關和第二功率開關、第一同步整流管、第二同步整流管依次串聯連接，所述第一功率開關連接至輸入電壓源正端，所述第二同步整流管連接至輸入電壓源負端；

箝位電路，包括第一箝位二極管、第二箝位二極管和箝位電容，所述第一箝位二極管的陽極和第二箝位二極管的陰極串聯連接，其連接中點連接至所述分壓電容電路的分壓中點，第一箝位二極管的陰極連接至所述第一功率開關和第二功率開關的連接中點，第二箝位二極管的陽極連接至所述第一同步整流管和第二同步整流管的連接中點，所述箝位電容兩端分別連接至所述第一箝位二極管的陰極和所述第二箝位二極管的陽極；

輸出濾波電路，其與所述開關變換電路連接，即與所述第二功率開關和所述第一同步整流管的連接中點相連接，以對開關變換電路的輸出進行濾波處理，以獲得基本恒定的輸出電壓信號。

本發明還包括有一電感，該電感連接在所述分壓電容電路的分壓中點和所述第一箝位二極管和第二箝位二極管的連接中點之間的連線上。

或本發明還包括有兩個電感，其中一個電感連接在所述第一箝位二極管的陰極和所述箝位電容之間的連線上，另一個電感連接在所述第二箝位二極管的陽極和所述箝位電容之間的連線上。

或本發明還包括有兩個電感，其中一個電感連接至所述第一分壓電容和所述分壓電容電路的分壓中點的連線上，另一個電感連接至所述第二分壓電容和所述分壓電容電路的分壓中點的連線上。