[发明专利]一种飞跨电容的充电方法及装置

说明书

本申请提供一种飞跨电容的充电方法及装置，应用于多电平拓扑电路中，以提供一种占板面积小、适用性强的飞跨电容充电方案。该电路通过第一开关与输入电源连接、通过第二开关与输出电源连接；电路中的飞跨电容中的第一电容的第一端与第一半导体开关管的第一电极连接、第二端与第二半导体开关管的第二电极连接，第一半导体开关管的第二电极通过第二电容与第二半导体开关管的第一电极连接；其中，第二电容为输入电容、输出电容或另一飞跨电容；方法包括：闭合第一半导体开关管和第二半导体开关管，使第一电容与第二电容并联；将第一电容与第二电容充电至第一设定电压值；断开第一半导体开关管和第二半导体开关管；将第二电容充电至第二设定电压值。

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种飞跨电容的充电方法及装置。

背景技术

直流-直流变换电路(简称DCDC电路)是一种将直流进行升压或降压的电路。其输入和输出均为直流。DCDC电路在储能、电动汽车、新能源、电力系统、电子计算机等领域都有广泛的应用。DCDC电路的拓扑形式按照输出电平的状态可以分为两电平拓扑和多电平拓扑两种。

多电平拓扑是相对传统的两电平拓扑来说的，两电平拓扑是指输出电平只有0和1两种状态，多电平拓扑是指输出电平至少有三种状态，例如输出电平有1、1/2和0三种状态则称为三电平拓扑，输出电平有1、3/4、1/2、1/4和0五种状态则称为五电平拓扑。此外，多电平拓扑电路又分为二极管钳位型多电平拓扑电路、飞跨电容钳位型多电平拓扑电路等形式。

示例性地，图1示出的为一种飞跨电容钳位型三电平拓扑降压电路。在图1所示的电路正常工作时，飞跨电容Cfly的电压控制为1/2*Vin，T1和T4交替导通，T2和T3交替导通。在该电路中，在输入电容Cin上电前(即该电路正常工作前)，需要将飞跨电容Cfly充电到输入电压Vin的一半。否则，由于Cout上的电压Vout＝0，那么T3和T4的电压就为0，同时上电瞬间飞跨Cfly电压Vfly＝0，即T2和T3的电压也都为0，那么只要输入端上电，Cin上的全部电压就加在了T1上，导致T1过压损坏。而如果在输入端上电之前飞跨电容Cfly被充电至输入电压Vin的一半，那么Cin上的电压则被T1和T2均分，此时T1和T2均不会因过压而损坏。具体地，在没有对飞跨电容Cfly进行预充电以及对飞跨电容Cfly进行预充电的情况下给输入端上电，图1中各个半导体开关管上的电压可以如图3所示。

因此如何在上电之前对飞跨电容进行预充电是一个亟需解决的问题。

实际应用中，无论飞跨电容钳位型多电平拓扑电路的具体拓扑形式是怎样的，在电路正常工作前均需对飞跨电容进行预充电。

现有技术中，可以采用图2所示的充电电路为多电平拓扑电路中的飞跨电容进行预充电。该充电电路可以视为独立于多电平拓扑电路的另一个电路，仅用于为飞跨电容进行预充电。如图2所示，用R1、R2、R3和R4四个电阻以及相应的控制开关组成RC网络给飞跨电容C充电。即，闭合四个开关S1.1、S1.2、S2.1和S2.2，当电路达到稳态后，R1与R4分压，得到飞跨电容C的上端电压Vp，R2和R3分压，得到飞跨电容C的下端电压Vn。Vp-Vn即为飞跨电容的电压。

采用图2所示的充电方案，需要额外的充电电路为飞跨电容充电，造成成本的增加。此外，由于电阻功率与电压的平方成正比，对于低压系统，由于电压低，需要的电阻功率比较小，也不需要大量的电阻并联，所以该方案的成本较低、可靠性较高。而对于高压系统来说，如果需要较快地充电，则需要大功率的电阻或者大量电阻并联，这将会导致电阻的占板面积过大。另外，对于多路拓扑并联的高压系统，系统功率较大，飞跨电容数量较多，需要的电阻数量就更多。因而图2所示方案的适用性不强。

综上，现有技术中提供的飞跨电容充电方案中，存在电路成本高且方案适用性不强的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种飞跨电容的充电方法及装置，用以提供一种占板面积小、实现简单、适用性较强的飞跨电容充电方案。