[發(fā)明專利]并聯(lián)型混合功率變換器

在審

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• 申請日: 2022-08-26
• 公開（公告）號: CN115313849A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設計）人: 黎堅
• 申請（專利權）人: 杭州艾諾半導體有限公司
• 主分類號: H02M3/00
• 分類號: H02M3/00;H02M3/07;H02M3/158;H02M1/42;H02M1/00
• 代理公司: 北京成創(chuàng)同維知識產權代理有限公司 11449
• 代理人: 蔡純

本申請公開了一種并聯(lián)型混合功率變換器。該并聯(lián)型混合功率變換器包括：第一輸入電容和第二輸入電容，彼此串聯(lián)連接在輸入端與地之間，并且，所述第二輸入電容連接在第一節(jié)點和地之間，所述輸入端接收直流輸入電壓；以及開關電感模塊和開關電容模塊，分別對所述第一輸入電容和所述第二輸入電容的電壓分量進行電壓轉換，以及共同連接至輸出端以提供直流輸出電壓，其中，所述開關電感模塊具有升壓拓撲結構，所述開關電容模塊與所述第二輸入電容一起形成電容串聯(lián)供電拓撲結構。該并聯(lián)型混合功率變換器中的開關電感模塊和開關電容模塊形成并聯(lián)供電方案，不僅可以減小電感尺寸實現小型化，而且可以提高電路的轉換效率以及降低開關元件的電壓應力。

技術領域

本發(fā)明涉及功率變換器，更具體地，涉及一種電感和電容二者作為儲能元件的并聯(lián)型混合功率變換器。

背景技術

功率變換器是將輸入電壓轉換成期望的輸出電壓或輸出電流的功率模塊。功率變換器包括開關元件和儲能元件，開關元件根據控制信號周期性地導通和斷開，儲能元件則相應地儲存能量和釋放能量，從而在功率變換器的輸出端提供輸出電壓信號。

在采用電感作為儲能元件的功率變換器中，采用反饋環(huán)路調節(jié)控制信號的占空比，可以獲得大致恒定的輸出電壓或輸出電流，采用調節(jié)元件調節(jié)控制信號的占空比，可以調節(jié)輸出電壓或輸出電流的值。在電容作為儲能元件的功率變換器中，開關元件的導通時間和關斷時間大于充電時間常數和放電時間常數，在穩(wěn)態(tài)下獲得與輸入電壓成固定比例的輸出電壓。

圖1a和圖1b分別示出根據現有技術的開關電容型功率變換器的示意性電路圖以及控制信號的工作波形圖。在功率變換器中，開關元件Q1和Q2交替導通和關斷，電容C1周期性地充電和放電，將電能從輸入端傳輸至輸出端，輸出電容Co連接在輸出端以濾除紋波以獲得穩(wěn)定的輸出電壓，例如，與輸入電壓為1：1的固定比例的輸出電壓。與采用電感的功率變換器相比，采用開關電容拓撲的功率變換器具有電容尺寸小、電路轉換效率和功率密度高、開關元件電壓應力低的優(yōu)點，但存在著難以靈活調節(jié)輸出電壓、開關元件數量多、控制電路設計困難的缺點。

因此，需要開發(fā)出新型的并聯(lián)型混合功率變換器電路，兼顧傳統(tǒng)的電感和采用電容的功率變換器的優(yōu)點，從而提供高轉換效率、高功率密度的功率解決方案。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種并聯(lián)型混合功率變換器，其中，利用串聯(lián)連接的輸入電容實現開關電感模塊和開關電容模塊的并聯(lián)供電方案，以減小電感尺寸實現小型化，以及提高電路的轉換效率以及降低開關元件的電壓應力。

根據本發(fā)明的實施例，提供一種并聯(lián)型混合功率變換器，包括：第一輸入電容和第二輸入電容，彼此串聯(lián)連接在輸入端與地之間，并且，所述第二輸入電容連接在第一節(jié)點和地之間，所述輸入端接收直流輸入電壓；以及開關電感模塊和開關電容模塊，分別對所述第一輸入電容和所述第二輸入電容的電壓分量進行電壓轉換，以及共同連接至輸出端以提供直流輸出電壓，其中，所述開關電感模塊具有升壓拓撲結構，所述開關電容模塊與所述第二輸入電容一起形成電容串聯(lián)供電拓撲結構。

優(yōu)選地，所述開關電容模塊包括：多個第一開關元件，所述多個第一開關元件串聯(lián)連接所述輸出端與地之間，在所述多個第一開關元件的相鄰開關元件之間形成有第二節(jié)點和第三節(jié)點；以及至少一個第一電容，所述至少一個第一電容連接在所述第二節(jié)點和所述第三節(jié)點之間。

優(yōu)選地，在開關周期的第一時間段，所述多個開關元件將所述至少一個第一電容與所述第一輸入電容串聯(lián)連接，以形成串聯(lián)充電路徑，在開關周期的第二時間段，所述多個開關元件將所述至少一個第一電容與所述第二輸入電容串聯(lián)連接，以形成串聯(lián)供電路徑。

優(yōu)選地，所述多個開關元件根據第一控制信號和第二控制信號之一切換導通狀態(tài)，所述第一控制信號和所述第二控制信號是具有所述開關周期的互補信號。

優(yōu)選地，所述多個第一開關元件的相鄰開關元件以互補方式切換導通狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述第一控制信號的占空比為0.5。