三电平直流-直流转换器制造技术

公开了一种三电平直流‑直流转换器。本发明专利技术实施例的技术方案根据跨接电容的电压值与预设值之间的误差调节所述跨接电容的充电电荷量和放电电荷量以使得所述跨接电容的电压值稳定在预定范围内，从而在降低直流‑直流转换器中的各个开关所需承受的电压的同时，提高系统的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
三电平直流-直流转换器
本申请涉及电力电子
，更具体地，涉及一种三电平直流-直流转换器。
技术介绍
现有技术所采用的三电平直流-直流转换器如图1所示，其包括开关S1-S4、跨接电容cf、磁性元件L和输出电容Co。其中，开关S1和S4的开关控制信号互补，开关S2和开关S3的开关控制信号互补。并且，开关S1和S2的开关控制信号的占空比相等，开关S1和S2的开关控制信号的相位差为180°。这使得开关S1-S4所需承受的电压为输入电压Vin的一半并且增大了磁性元件的电流的频率。这可以降低电路的功耗和制造成本。但是，由于电路中的寄生参数以及各个电路器件的误差等因素的影响，跨接电容cf的电压可能会出现大于1/2Vin或小于1/2Vin等不平衡的情况，这可能造成磁性元件L的电流不稳定，进而降低整个电路的可靠性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种三电平直流-直流转换器，以保证跨接电容的电压值稳定在预定范围内，从而在降低直流-直流转换器中的各个开关所需承受的电压的同时，提高系统的可靠性。本专利技术实施例的三电平直流-直流转换器包括：第一开关和第二开关，所述第一开关和第二开关依次串联连接在输入端口的第一端和中间端之间；第三开关和第四开关，所述第三开关和第四开关依次串联连接在所述中间端和所述输入端口的第二端之间；跨接电容，连接在第一连接端和第二连接端之间，所述第一连接端为所述第一开关和第二开关的连接端，所述第二连接端为所述第三开关和第四开关的连接端；以及电压平衡电路，根据误差信号调节所述跨接电容的充电电荷量或放电电荷量，以使得所述跨接电容的电压值稳定在预定范围内，所述误差信号用于表征所述跨接电容的电压值和预设值之间的误差，所述预设值在所述预定范围内。进一步地，所述电压平衡电路被配置为通过形成额外的充放电电流通路对所述跨接电容进行充放电，以使得所述跨接电容的电压值稳定在预定范围内。进一步地，所述三电平直流-直流转换器还包括：磁性元件，耦接至所述中间端与输出端口的第一端之间；所述电压平衡电路被配置为通过在所述跨接电容的充电阶段或放电阶段调节流过所述磁性元件的电流以调节所述跨接电容的充电电荷量或放电电荷量。进一步地，所述电压平衡电路被配置为调节流过所述磁性元件的电流以使得所述跨接电容在充电阶段的电荷变化量和在放电阶段的电荷变化量相同。进一步地，所述第一开关和所述第四开关的开关控制信号互补，所述第二开关和所述第三开关的开关控制信号互补。进一步地，所述第一开关和所述第二开关的占空比相等。进一步地，所述预设值为输入电压的1/2。进一步地，所述第一开关和所述第二开关的开关控制信号的相位差为180°。进一步地，所述电压平衡电路被配置为根据第一采样信号和表征所述预设值的参量对所述跨接电容进行额外地充放电以使得所述跨接电容的电压值稳定在预定范围内，所述第一采样信号用于表征所述跨接电容的电压值。进一步地，所述电压平衡电路被配置为在所述第一采样信号大于表征所述预设值的上限的参量且所述第四开关导通时控制所述跨接电容额外地放电，在所述第一采样信号小于表征所述预设值的下限的参量且所述第四开关导通时给所述跨接电容额外地充电。进一步地，所述电压平衡电路包括：第一充放电电路；以及第一控制器；所述第一控制器包括：第一比较器，被配置为比较所述第一采样信号和表征所述预设值的上限的参量生成第一比较信号；第二比较器，被配置为比较所述第一采样信号和表征所述预设值的下限的参量生成第二比较信号；以及第一逻辑电路，被配置为根据所述第一比较信号、第二比较信号和所述第四开关的开关控制信号生成第一控制信号和第二控制信号；所述第一充放电电路包括：第一放电电路，被配置为受控于所述第一控制信号给所述跨接电容进行额外地放电；以及第一充电电路，被配置为受控于所述第二控制信号给所述跨接电容进行额外地充电。进一步地，所述电压平衡电路被配置为在所述第一采样信号大于表征所述预设值的参量且所述第四开关导通时控制所述跨接电容额外地放电，在所述第一采样信号小于表征所述预设值的参量且所述第四开关导通时给所述跨接电容额外地充电。进一步地，所述电压平衡电路包括：第二充放电电路；以及第二控制器；所述第二控制器包括：第三比较器，被配置为比较所述第一采样信号和所述表征所述预设值的参量以生成第三比较信号；第二逻辑电路，被配置为根据所述第一比较信号和所述第四开关的开关控制信号生成第三控制信号和第四控制信号；所述第二充放电电路包括：第二放电电路，被配置为受控于所述第三控制信号给所述跨接电容进行额外地放电；以及第二充电电路，被配置为受控于所述第四控制信号给所述跨接电容进行额外地充电。进一步地，所述电压平衡电路被配置为通过调节所述第一开关和所述第二开关的开关控制信号的相位差来调节流过所述磁性元件的电流。进一步地，所述电压平衡电路被配置为根据所述误差信号调节所述相位差。进一步地，所述电压平衡电路被配置为在所述误差信号增大时控制所述相位差增大，在所述误差信号减小时控制所述相位差减小。进一步地，所述电压平衡电路包括：误差电路，被配置为根据第一采样信号和表征所述预设值的参量生成所述误差信号，所述第一采样信号用于表征所述跨接电容的电压值；第一生成电路，被配置为根据补偿信号和第一时钟信号生成所述第一开关和所述四开关的开关控制信号，所述补偿信号用于表征输出电压和输出电压期望值的差值；以及第二生成电路，被配置为根据所述误差信号生成所述第二开关和所述第三开关的开关控制信号。进一步地，所述第二生成电路包括：时钟信号生成电路，被配置为根据所述第一时钟信号和所述误差信号生成第二时钟信号；以及驱动电路，被配置为根据所述第二时钟信号和所述补偿信号生成所述第二开关和所述第三开关的开关控制信号；其中，所述误差信号用于调节所述第一时钟信号和所述第二时钟信号的相位差从而调节所述第一开关和所述第二开关的开关控制信号的相位差。本专利技术实施例的技术方案根据跨接电容的电压值与预设值之间的误差调节所述跨接电容的充电电荷量和放电电荷量以使得所述跨接电容的电压值稳定在预定范围内，从而在降低直流-直流转换器中的各个开关所需承受的电压的同时，提高系统的可靠性。附图说明通过以下参照附图对本申请实施例的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1是一个现有技术的三电平直流-直流转换器的电路示意图；图2是本专利技术实施例的三电平直流-直流转换器的电路示意图；图3是本专利技术实施例的三电平直流-直流转换器的工作波形图；图4是本专利技术第一实施例的三电平直流-直流转换器的电路示意图；图5是本专利技术第二实施例的三电平直流-直流转换器的电路示意图；图6是本专利技术第三实施例的三电平直流-直流转换器的电路示意图；图7是本专利技术第三实施例的三电平直流-直流转换器的工作波形图；图8是本专利技术第三实施例的三电平直流-直流转换器的工作波形图。具体实施方式以下基于实施例对本申请进行描述，但是本申请并不仅仅限于这些实施例。在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。为了避免混淆本申请的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三电平直流‑直流转换器，包括：第一开关和第二开关，所述第一开关和第二开关依次串联连接在输入端口的第一端和中间端之间；第三开关和第四开关，所述第三开关和第四开关依次串联连接在所述中间端和所述输入端口的第二端之间；跨接电容，连接在第一连接端和第二连接端之间，所述第一连接端为所述第一开关和第二开关的连接端，所述第二连接端为所述第三开关和第四开关的连接端；以及电压平衡电路，根据误差信号调节所述跨接电容的充电电荷量或放电电荷量，以使得所述跨接电容的电压值稳定在预定范围内，所述误差信号用于表征所述跨接电容的电压值和预设值之间的误差，所述预设值在所述预定范围内。

【技术特征摘要】
1.一种三电平直流-直流转换器，包括：第一开关和第二开关，所述第一开关和第二开关依次串联连接在输入端口的第一端和中间端之间；第三开关和第四开关，所述第三开关和第四开关依次串联连接在所述中间端和所述输入端口的第二端之间；跨接电容，连接在第一连接端和第二连接端之间，所述第一连接端为所述第一开关和第二开关的连接端，所述第二连接端为所述第三开关和第四开关的连接端；以及电压平衡电路，根据误差信号调节所述跨接电容的充电电荷量或放电电荷量，以使得所述跨接电容的电压值稳定在预定范围内，所述误差信号用于表征所述跨接电容的电压值和预设值之间的误差，所述预设值在所述预定范围内。2.根据权利要求1所述的三电平直流-直流转换器，其特征在于，所述电压平衡电路被配置为通过形成额外的充放电电流通路对所述跨接电容进行充放电，以使得所述跨接电容的电压值稳定在预定范围内。3.根据权利要求1所述的三电平直流-直流转换器，其特征在于，所述三电平直流-直流转换器还包括：磁性元件，耦接至所述中间端与输出端口的第一端之间；所述电压平衡电路被配置为通过在所述跨接电容的充电阶段或放电阶段调节流过所述磁性元件的电流以调节所述跨接电容的充电电荷量或放电电荷量。4.根据权利要求3所述的三电平直流-直流转换器，其特征在于，所述电压平衡电路被配置为调节流过所述磁性元件的电流以使得所述跨接电容在充电阶段的电荷变化量和在放电阶段的电荷变化量相同。5.根据权利要求1所述的三电平直流-直流转换器，其特征在于，所述第一开关和所述第四开关的开关控制信号互补，所述第二开关和所述第三开关的开关控制信号互补。6.根据权利要求1所述的三电平直流-直流转换器，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关的占空比相等。7.根据权利要求1所述的三电平直流-直流转换器，其特征在于，所述预设值为输入电压的1/2。8.根据权利要求7所述的三电平直流-直流转换器，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关的开关控制信号的相位差为180°。9.根据权利要求2所述的三电平直流-直流转换器，其特征在于，所述电压平衡电路被配置为根据第一采样信号和表征所述预设值的参量对所述跨接电容进行额外地充放电以使得所述跨接电容的电压值稳定在预定范围内，所述第一采样信号用于表征所述跨接电容的电压值。10.根据权利要求9所述的三电平直流-直流转换器，其特征在于，所述电压平衡电路被配置为在所述第一采样信号大于表征所述预设值的上限的参量且所述第四开关导通时控制所述跨接电容额外地放电，在所述第一采样信号小于表征所述预设值的下限的参量且所述第四开关导通时给所述跨接电容额外地充电。11.根据权利要求10所述的三电平直流-直流转换器，其特征在于，所述电压平衡电路包括：第一充放电电路；以及第一控制器；所述第一控制器包括：第一比较器，被配置为比较所述第一采样信号和表征所述预设值的上限的参量生成第一比较信号；第二比较器，被配...

【专利技术属性】
技术研发人员：张望，赵晨，
申请(专利权)人：南京矽力杰半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32