[發明專利]三電平降壓變換器的電容控制方法、裝置及降壓變換系統

有效

• 申請號: 201811594312.4
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109687704B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 王旭東
• 申請（專利權）人: 南京矽力微電子技術有限公司
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 深圳尚業知識產權代理事務所(普通合伙) 44503
• 代理人: 王利彬

本發明適用于電源技術領域，提供了一種三電平降壓變換器的電容控制方法、裝置及降壓變換系統。該三電平降壓變換器包括一飛跨電容，該飛跨電容可工作在充電和放電兩種狀態；該電容控制方法包括：實時檢測所述飛跨電容的電壓值；根據檢測的所述飛跨電容的電壓值與電容基準電壓值，調節所述飛跨電容的充電時長和/或放電時長，使得所述飛跨電容的電壓值與所述電容基準電壓值相等。本發明通過實時檢測三電平降壓變換器中飛跨電容的電壓值，并與電容基準電壓值進行比較，根據比較結果對飛跨電容的充、放電時長進行調節，這樣一旦飛跨電容的電壓有突變，能夠快速響應將飛跨電容的電壓值調整到電容基準電壓值，可使三電平降壓變換器保持在最佳工作狀態。

技術領域

本發明屬于電源技術領域，尤其涉及一種三電平降壓變換器的電容控制方法、裝置及降壓變換系統。

背景技術

降壓變換器(Buck Converter，Buck變換器)又稱為降壓斬波器(Buck Chopper)，采用降低電壓的直流-直流轉換技術，輸出(負載)端的電壓會比輸入(電源)端要低，但其輸出電流會大于輸入電流。

根據不同的應用場合，降壓變換器可以有多種拓撲結構。與傳統的降壓拓撲相比，三電平降壓拓撲中功率管的電壓應力更低，輸出濾波器尺寸更小，更容易實現高功率密度，提高系統的效率，非常適用于高輸入電壓和中大功率的應用場合。

圖1示出了三電平Buck變換器的電路圖，參照圖1，第一功率管Q1和第四功率管Q4分別由一對互補的驅動信號G1和G4驅動，第二功率管Q2和第三功率管Q3分別由另一對互補的驅動信號G2和G3驅動，這兩對互補信號的占空比D相同，相移為180°。飛跨電容V_CF的一端接在第一功率管Q1和第二功率管Q2的中點，另一端接在第三功率管Q3和第四功率管Q4的中點。電感L_f連接在節點LX與輸出端口之間。

三電平Buck變換器在開始工作前，跨接在兩橋臂中點的飛跨電容V_CF被預充電至輸入電壓V_in的一半。理想工作狀況下，第一功率管Q1和第二功率管Q2的占空比相同，飛跨電容V_CF的電壓恒定為1/2V_in。此時三電平Buck的各功率管所要承受的電壓為V_in的一半，電感L_f的電流具有倍頻效果，有利于減小輸出濾波器的體積，實現高功率密度，在滿足同樣的紋波要求時，開關頻率可降低，從而降低開關損耗。

但實際應用中，由于控制單元、驅動電路和功率管特性的差異將導致第一功率管Q1和第二功率管Q2開通時間不同，飛跨電容V_CF的充放電不平衡，飛跨電容V_CF的電壓會升高或降低，這將破壞三電平Buck變換器的最佳工作狀態，也會使得功率管電壓應力增大。

發明內容

鑒于上述原因，本發明實施例所要解決的技術問題為在三電平Buck變換器工作過程中，如何使飛跨電容的電壓值穩定在電容基準電壓值，以便三電平Buck變換器能保持在最佳工作狀態。

為解決上述技術問題，第一方面，本發明實施例提供了一種三電平降壓變換器的電容控制方法，所述三電平降壓變換器包括一飛跨電容，所述飛跨電容可工作在充電和放電兩種狀態；所述電容控制方法包括下述步驟：

實時檢測所述飛跨電容的電壓值；

根據檢測的所述飛跨電容的電壓值與電容基準電壓值，調節所述飛跨電容的充電時長和/或放電時長，使得所述飛跨電容的電壓值與所述電容基準電壓值相等。