三电平开关电路及其控制方法和控制电路技术

本发明专利技术公开了一种三电平开关电路及其控制方法和控制电路，三电平开关电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、飞跨电容和第一电感；第一开关管和第四开关管互补导通；第二开关管和第三开关管互补导通；第一开关管和第二开关管错相导通；设置第一上限指令电压、第一重构电流、第二上限指令电压、第二重构电流；第一上限指令电压等于补偿电压和第一峰值斜坡之差，并控制第一重构电流的峰值；当第一开关管导通时，第一峰值斜坡开始上升；当第一重构电流的峰值达到第一上限指令电压时，第一开关管关断；第一重构电流的斜率为三电平开关电路的输入电压和输出电压之差除以第一电感的电感值。以第一电感的电感值。以第一电感的电感值。

【技术实现步骤摘要】
三电平开关电路及其控制方法和控制电路


[0001]本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种三电平开关电路及其控制方法和控制电路。

技术介绍

[0002]请参考图1所示，为一种三电平降压电路的示意图。所述三电平降压电路包括第一开关管M01、第二开关管M02、第三开关管M03、第四开关管M04、飞跨电容Cfly和第一电感L00；所述三电平降压电路的输入端Vin经过顺序串联的第一开关管M01和第二开关管M02连接到第一电感L00的第一端；所述第一电感L00的第一端经过顺序串联的第三开关管M03和第四开关管M04连接到地；所述飞跨电容Cfly连接在第一开关管M01和第二开关管M02的公共端和第三开关管M03和第四开关管M04的公共端之间；假设飞跨电容Cfly的电压保持在一半的输入电压Vin/2，开关节点Vsw则可以处于三个不同的电平：Vin、Vin/2和参考地。开关管的驱动方式类似两相BUCK降压电路，第一开关管M01和第四开关管M04互补导通；第二开关管M02和第三开关管M03互补导通；第一开关管M01和第二开关管M02错相180度导通。采用这种控制方式，在50％占空比的时候，会有个平滑的过渡，开关节点Vsw从表征地和Vin/2过渡到Vin/2和Vin。
[0003]三电平降压电路可以实现比传统BUCK电路更高的效率，由于电感纹波降低，从而降低了开关损耗。在效率提升的同时，如何进一步提高三电平电路的瞬态响应，是个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种三电平开关电路及其控制方法和控制电路，用以解决现有技术中三电平开关电路瞬态响应不够快的问题。
[0005]本专利技术的技术解决方案是，提供一种三电平开关电路的控制方法，所述三电平开关电路包括串联的第一开关管和第二开关管、串联的第三开关管和第四开关管、飞跨电容和第一电感；所述飞跨电容连接在第一开关管和第二开关管的公共端和第三开关管和第四开关管的公共端之间；第二开关管和第三开关管串联，其公共节点为开关节点，所述开关节点经过所述第一电感连接到第二电压，第一电感电流的正方向为开关节点到第二电压，第一开关管和第四开关管互补导通；第二开关管和第三开关管互补导通；第一开关管和第二开关管错相导通；
[0006]设置第一上限指令电压、第一重构电流、第二上限指令电压、第二重构电流；
[0007]所述第一上限指令电压等于补偿电压和第一峰值斜坡之差，并控制第一重构电流的峰值；第一开关管导通之前，所述第一峰值斜坡重置到第一初始值，当第一开关管导通时，所述第一峰值斜坡开始上升；当所述第一重构电流的峰值达到所述第一上限指令电压时，第一开关管关断；
[0008]所述第二上限指令电压等于补偿电压和第二峰值斜坡之差，并控制第二重构电流
的峰值；第二开关管导通之前，所述第二峰值斜坡重置到第二初始值，当第二开关管导通时，所述第二峰值斜坡开始上升；当所述第二重构电流的峰值达到所述第二上限指令电压时，第二开关管关断；
[0009]所述第一重构电流和第二重构电流的斜率为三电平开关电路的输入电压和输出电压之差的绝对值除以第一电感的电感值。
[0010]作为可选，第一时钟信号控制第一开关管的导通时刻；第二时钟信号控制第二开关管的导通时刻；第一时钟信号和第二时钟信号控制三电平开关电路的开关周期，第一时钟信号和第二时钟信号错相。
[0011]作为可选，设置第一下限指令电压和第二下限指令电压；
[0012]所述第一下限指令电压为补偿电压和第一时钟斜坡之和，当电感电流达到所述第一下限指令电压时，所述第一开关管导通；
[0013]所述第二下限指令电压为补偿电压和第二时钟斜坡之和，当电感电流达到所述第二下限指令电压时，所述第二开关管导通；
[0014]第一时钟信号表征有效之前，所述第一时钟斜坡重置到第三初始值，当第一时钟信号表征有效时，第一时钟斜坡开始上升；
[0015]第二时钟信号表征有效之前，所述第二时钟斜坡重置到第四初始值，当第二时钟信号表征有效时，第二时钟斜坡开始上升。
[0016]作为可选，第m可控电流在所述第m开关管导通时，对第m电容充电，所述第m电容上的电压表征所述第m重构电流；所述第m可控电流和三电平开关电路的输入输出电压之差的绝对值除以电感值成比例；其中，m等于1或2。
[0017]作为可选，当所述三电平开关电路为三电平降压电路时，所述三电平降压电路的输入端经过顺序串联的第一开关管和第二开关管连接到第一电感的第一端；所述第一电感的第一端经过顺序串联的第三开关管和第四开关管连接到地，所述第二电压为输出电压；
[0018]当所述三电平开关电路为三电平升压电路时，三电平升压电路的输出端经过顺序串联的第一开关管和第二开关管连接到第一电感的第一端；所述第一电感的第一端经过顺序串联的第三开关管和第四开关管连接到地，所述第二电压为输入电压。
[0019]作为可选，当所述三电平开关电路为三电平降压电路时，当所述三电平开关电路工作在断续导通模式下，所述第一电感上的电流方向为正，当电感电流下降到零，同步整流管关断；当所述三电平开关电路为三电平升压电路时，当所述三电平开关电路工作在断续导通模式下，所述第一电感上的电流方向为负，当电感电流上升到零，同步整流管关断。
[0020]作为可选，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号的频率在轻载时降低。
[0021]本专利技术又提供一种三电平开关电路的控制方法，所述三电平开关电路包括串联的第一开关管和第二开关管、串联的第三开关管和第四开关管、飞跨电容和第一电感；所述飞跨电容连接在第一开关管和第二开关管的公共端和第三开关管和第四开关管的公共端之间；第二开关管和第三开关管串联，其公共节点为开关节点，所述开关节点经过所述第一电感连接到第二电压，第一电感电流的正方向为开关节点到第二电压，第一开关管和第四开关管互补导通；第二开关管和第三开关管互补导通；第一开关管和第二开关管错相导通；
[0022]设置第三下限指令电压、第三重构电流、第四下限指令电压、第四重构电流；
[0023]所述第三下限指令电压等于补偿电压和第三谷值斜坡之和，并控制第三重构电流
的谷值；第三开关管导通之前，所述第三峰值斜坡重置到第三初始值，当第三开关管导通时，所述第三峰值斜坡开始上升；当所述第三重构电流的谷值下降到所述第三下限指令电压时，第三开关管关断；
[0024]所述第四上限指令电压等于补偿电压和第四谷值斜坡之和，并控制第四重构电流的谷值；第四开关管导通之前，所述第四峰值斜坡重置到第四初始值，当第四开关管导通时，所述第四峰值斜坡开始上升；当所述第四重构电流的谷值下降到所述第四下限指令电压时，第四开关管关断；
[0025]所述第三重构电流和所述第四重构电流的斜率的绝对值为所述第二电压除以第一电感的电感值，所述第三重构电流和所述第四重构电流的斜率都为负数。
[0026]本专利技术还提供一种三电平开关电路的控制电路，所述三电平开关电路包括第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三电平开关电路的控制方法，所述三电平开关电路包括串联的第一开关管和第二开关管、串联的第三开关管和第四开关管、飞跨电容和第一电感；所述飞跨电容连接在第一开关管和第二开关管的公共端和第三开关管和第四开关管的公共端之间；第二开关管和第三开关管串联，其公共节点为开关节点，所述开关节点经过所述第一电感连接到第二电压，第一电感电流的正方向为开关节点到第二电压，其特征在于：第一开关管和第四开关管互补导通；第二开关管和第三开关管互补导通；第一开关管和第二开关管错相导通；设置第一上限指令电压、第一重构电流、第二上限指令电压、第二重构电流；所述第一上限指令电压等于补偿电压和第一峰值斜坡之差，并控制第一重构电流的峰值；第一开关管导通之前，所述第一峰值斜坡重置到第一初始值，当第一开关管导通时，所述第一峰值斜坡开始上升；当所述第一重构电流的峰值达到所述第一上限指令电压时，第一开关管关断；所述第二上限指令电压等于补偿电压和第二峰值斜坡之差，并控制第二重构电流的峰值；第二开关管导通之前，所述第二峰值斜坡重置到第二初始值，当第二开关管导通时，所述第二峰值斜坡开始上升；当所述第二重构电流的峰值达到所述第二上限指令电压时，第二开关管关断；所述第一重构电流和第二重构电流的斜率为三电平开关电路的输入电压和输出电压之差的绝对值除以第一电感的电感值。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：第一时钟信号控制第一开关管的导通时刻；第二时钟信号控制第二开关管的导通时刻；第一时钟信号和第二时钟信号控制三电平开关电路的开关周期，第一时钟信号和第二时钟信号错相。3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：设置第一下限指令电压和第二下限指令电压；所述第一下限指令电压为补偿电压和第一时钟斜坡之和，当电感电流达到所述第一下限指令电压时，所述第一开关管导通；所述第二下限指令电压为补偿电压和第二时钟斜坡之和，当电感电流达到所述第二下限指令电压时，所述第二开关管导通；第一时钟信号表征有效之前，所述第一时钟斜坡重置到第三初始值，当第一时钟信号表征有效时，第一时钟斜坡开始上升；第二时钟信号表征有效之前，所述第二时钟斜坡重置到第四初始值，当第二时钟信号表征有效时，第二时钟斜坡开始上升。4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：第m可控电流在所述第m开关管导通时，对第m电容充电，所述第m电容上的电压表征所述第m重构电流；所述第m可控电流和三电平开关电路的输入输出电压之差的绝对值除以电感值成比例；其中，m等于1或2。5.根据权利要求1～4任意一项所述的控制方法，其特征在于：当所述三电平开关电路为三电平降压电路时，所述三电平降压电路的输入端经过顺序串联的第一开关管和第二开关管连接到第一电感的第一端；所述第一电感的第一端经过顺序串联的第三开关管和第四开关管连接到地，所述第二电压为输出电压；当所述三电平开关电路为三电平升压电路时，输出端经过顺序串联的第一开关管和第二开关管连接到第一电感的第一端；所述第一电感的第一端经过顺序串联的第三开关管和
第四开关管连接到地，所述第二电压为输入电压。6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：当所述三电平开关电路为三电平降压电路时，当所述三电平开关电路工作在断续导通模式下，所述第一电感上的电流方向为正，当电感电流下降到零，同步整流管关断；当所述三电平开...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐爱民，
申请(专利权)人：杰华特微电子杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：