[发明专利]三电平降压型变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流-直流变换器，更具体的说涉及一种非隔离型三电平降压型变换器。

背景技术

由于便携式移动通信设备日益广泛应用，为了减小便携式电子产品体积、延长设备使用时间，如何实现高效率、高降压型的直流-直流变换器，已经成为电力电子技术领域的研究重点，也是通信电源和消费类电子中的竞争热点。

常规的非隔离型降压型变换器如图1所示。该变换器由一个功率开关管S1，一个同步整流管Q1，一个滤波电感L和一个输出电容Co组成。电路结构简单、控制方便。由于变换器的电压增益只由功率开关管的占空比决定，在高降压变换场合，比如12V输入、1V输出的消费类电子电源电压调整模块中，功率开关管的占空比非常小，导致功率器件的峰值电流很大，增加了功率器件的开关损耗。在动态调整过程中，变换器的占空比变换范围有限，限制了变换器的带宽，影响了变换器的动态特性。功率器件的电压应力等于输入电压，难以采用低压高性能的功率器件来降低电路的导通损耗。

为了在高降压变换场合拓展变换器的占空比，国内外学者做了大量的研究工作，并取得了一系列的研究成果。一种方案是利用耦合电感的变压器效应来实现电路的高降压变换，但是为了吸收耦合电感的漏感能量，需要增加额外的有源或无源箝位电路。另一种方案是采用内置变压器的方式来拓展电路的占空比，但是该方案需要增加额外的磁芯元件，增加了变换器体积。还有一种方案是采用两级方案，前级采用较低频率工作的常规降压型变换器或开关电容实现的分压电路，后级采用高频工作的常规降压型变换器，该方案的效率较高，但需要两级变换，控制电路相对复杂。为了把两级方案集成在一个变换器内，可以采用电容箝位的三电平降压型变换器，该变换器既拓展了变换器的电压增益，又降低了功率器件的电压应力。但是由于电路参数的差异性，包括功率开关器件的上升沿和下降沿的不同、以及驱动信号的延时等，造成两个开关管的占空比必然存在一定的差异。由于占空比的不一致性，在一个开关周期内，箝位电容的充电和放电电量不一样，导致箝位电容电压难以稳定在输入电压的一半。常规的电容箝位的三电平降压型变换器，通过采样箝位电容上的电压，并增加额外的控制电路才能保证箝位电容上的电压平衡，增加了控制复杂度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种利用箝位二极管和箝位电容组成的混合箝位电路实现箝位电容的自平衡功能的、新的非隔离型混合箝位三电平降压型变换器。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，所述的三电平降压型变换器，它包括有：分压电容电路、箝位电路、开关变换电路以及输出滤波电路，其中：

分压电容电路，包括两个串联连接的相同规格的第一分压电容和第二分压电容，并且与输入电压源连接组成一回路，以分别在分压电容电路的高端点、低端点以及分压中点获得三个不同电位的电压信号；

开关变换电路，包括第一功率开关、第二功率开关、第一同步整流管、第二同步整流管，所述第一功率开关和第二功率开关、第一同步整流管、第二同步整流管依次串联连接，所述第一功率开关连接至输入电压源正端，所述第二同步整流管连接至输入电压源负端；

箝位电路，包括第一箝位二极管、第二箝位二极管和箝位电容，所述第一箝位二极管的阳极和第二箝位二极管的阴极串联连接，其连接中点连接至所述分压电容电路的分压中点，第一箝位二极管的阴极连接至所述第一功率开关和第二功率开关的连接中点，第二箝位二极管的阳极连接至所述第一同步整流管和第二同步整流管的连接中点，所述箝位电容两端分别连接至所述第一箝位二极管的阴极和所述第二箝位二极管的阳极；

输出滤波电路，其与所述开关变换电路连接，即与所述第二功率开关和所述第一同步整流管的连接中点相连接，以对开关变换电路的输出进行滤波处理，以获得基本恒定的输出电压信号。

本发明还包括有一电感，该电感连接在所述分压电容电路的分压中点和所述第一箝位二极管和第二箝位二极管的连接中点之间的连线上。

或本发明还包括有两个电感，其中一个电感连接在所述第一箝位二极管的阴极和所述箝位电容之间的连线上，另一个电感连接在所述第二箝位二极管的阳极和所述箝位电容之间的连线上。

或本发明还包括有两个电感，其中一个电感连接至所述第一分压电容和所述分压电容电路的分压中点的连线上，另一个电感连接至所述第二分压电容和所述分压电容电路的分压中点的连线上。