[发明专利]一种悬浮电容型多电平桥式电路及其控制方法

说明书

本发明提供一种悬浮电容型多电平桥式电路及其控制方法，其三电平Buck电路包括：输入电容、输出电容和至少一个桥臂，桥臂包括：充电单元、悬浮电容、两个内管、两个外管和电感；其充电单元并联于与低压侧无连接关系的外管两端，在三电平Buck电路接入电源时，原本会加在该外管两端的输入电压中的大部分电压，将通过该充电单元与悬浮电容分压而大大降低，从而避免该外管过压损坏；同时，通过该充电单元为悬浮电容进行预充电，还可避免因导通该外管为悬浮电容充电，而导致另一外管过压损坏的问题，从而提高三电平Buck电路安全性。

本申请要求于2019年09月11日提交中国专利局、申请号为201910859287.6、发明名称为“一种三电平Buck电路及其控制方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，更具体的说，尤其涉及一种悬浮电容型多电平桥式电路及其控制方法。

背景技术

随着电力电子变换器系统电压的上升，对其相关开关器件的耐压要求也逐步提升，但因半导体工艺性能等方面的影响，高性价比器件的发展有一定的滞后性，短期内并不能满足相关耐压需求，因此，如何利用较低电压等级器件及较低的成本实现高电压的电力变换成为一个研究热点，多电平技术的提出则可以较好的解决这一问题。

图1所示的三电平Buck电路，在正常工作时第一外管K1，第一内管K2交错导通，在理想工况下，第一外管K1和第一内管K2的导通占空比相同，因此，正常工作时各个开关管的电压应力仅是输出电压的一半。然而，在该三电平Buck电路启动时，因悬浮电容Cf两端电压Vf为零，此时，若输入电压Vin大于第一外管K1的耐受电压，则会导致第一外管K1过压击穿；并且，导通第一外管K1为悬浮电容充电，则第一外管K1两端的电压瞬间转移到第二外管K4两端导致第二外管K4过压损坏，因此，该三电平Buck电路的第一外管K1和第二外管K4容易过压损坏失效，进而导致该三电平Buck电路失效。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种悬浮电容型多电平桥式电路及其控制方法，第一外管在启动时容易过压击穿，导致第一外管失效，以及为悬浮电容充电而导通第一外管导致第二外管过压击穿失效，进而导致三电平Buck电路失效的问题。

本发明第一方面公开了一种悬浮电容型三电平Buck电路，包括：输入电容、输出电容和至少一个桥臂，所述桥臂包括：充电单元、悬浮电容、两个内管、两个外管和电感；其中：

所述输入电容的两端分别作为所述悬浮电容型三电平Buck电路的高压侧正负极；

所述输出电容的两端分别作为所述悬浮电容型三电平Buck电路的低压侧正负极；

所述桥臂内，所述悬浮电容与两个内管的串联支路并联连接，两个内管之间的连接点与所述电感的一端相连，所述电感的另一端与所述低压侧正负极中的一极相连，一个外管用于分别连接所述低压侧正负极中的另一极以及所述高压侧正负极中对应的一极，另外一个外管用于连接所述高压侧正负极中的另一极，并与所述充电单元并联连接。

可选的，所述充电单元，包括：串联连接的平衡电容和充电二极管；

若所述平衡电容的一端与所述充电二极管的阳极相连，则所述平衡电容的另一端作为所述充电单元的输入端，所述充电二极管的阴极作为所述充电单元的输出端；

若所述平衡电容的一端与所述充电二极管的阴极相连，则所述平衡电容的另一端作为所述充电单元的输出端，所述充电二极管的阳极作为所述充电单元的输入端。

可选的，还包括：放电单元，用于在所述悬浮电容型三电平Buck电路下电后为所述平衡电容放电。

可选的，所述放电单元包括：放电二极管；