[实用新型]一种可供飞跨电容预充电的三电平功率变换电路

说明书

本实用新型公开了一种可供飞跨电容预充电的三电平功率变换电路，在基本电路拓扑上增加一种电压控制电路，电压控制电路包含一个电容C2，一个开关S1，该电压控制电路的第一端连接飞跨电容Cf和开关管Q2的公共端，该电压控制电路的第二端连接输入负极。电容C1一侧的电压为输入电压Vin；电阻RL一侧的电压为输出电压Vout。本实用新型利用电容电压不能突变原理及电容串联分压原理，增加一个电容C2并联在一个开关管两端，解决了开关管上电时单独承受输入电压的问题。为了不影响正常运行时，在增加的电容C2回路中串联一个开关S1，主电路正常工作时，断开此电容回路。

技术领域

本实用新型涉及一种可供飞跨电容预充电的三电平功率变换电路，属于电力电子技术领域。

背景技术

DC/DC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。 DC/DC电路在储能、电动汽车、新能源、电力系统等领域都有广泛的应用。DC/DC 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。随着系统电压的上升，对相关器件的耐压要求也逐步提升，鉴于半导体器件工艺性能等方面的影响，多电平技术由于可以利用较低电压等级器件，以较低的成本实现高电压的电力变化成为一个研究热点。

飞跨电容三电平功率变换电路，作为一种常见的基本电路拓扑，输入与输出是共负极或正极的，对于系统内其它辅助器件的优化设计也有好处，如防雷器，电感等，所以此拓扑越来越多的被运用到实际产品中。

然而，实际运用中，示例性的如图1所示，一种飞跨电容三电平升压电路，正常工作时，飞跨电容Cf的电压约输出电压Vout的一半，这样开关管Q1、Q2，二极管D1、D2、D3、D4的电压也被钳在约输出电压Vout的一半，但是在电路上电时刻，飞跨电容的电压基本为0，开关管Q2就会独自承受整个输入电压，存在击穿损坏的风险，所以在上电时刻飞跨电容处于无电状态是飞跨电容三电平需要解决的一个问题。

为了解决上电时刻飞跨电容处于无电状态，导致开关管Q2承受整个输入电压问题，现有技术一般采取三种解决办法：

一是在输入主电路电流回路中增加功率开关，在上电前开关处于断开状态，用缓冲电阻或另外加辅助电源给飞跨电容充电，待飞跨电容充电到设计电压，再闭合功率开关，虽然这样可以解决所述问题，但在电路正常工作时，功率开关也会流过大电流，因此损耗增加，成本增加，系统转换效率还降低了；

二是在飞跨电容回路加入功率开关，在上电前开关处于断开状态，另外加辅助电源给飞跨电容充电，待飞跨电容充电到设计电压，再闭合功率开关，虽然也可以解决所述问题，但在电路正常工作时，功率开关也会流过大电流，因此损耗增加，成本增加，系统转换效率还降低了；

三是在上电前，已经有另外的辅助电源，实时监控输入电压，飞跨电容电压，根据输入电压及飞跨电容电压的变化，来控制开关管Q2的导通与断开，用输入电压直接给飞跨电容充电，虽然这样可以解决所述问题，但在上电前就必须要有额外的辅助电源，增加了待机功耗，且控制逻辑较复杂，不利于推广使用。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：如何避免上电时刻飞跨电容处于无电状态，防止开关管独自承受整个输入电压的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供了一种可供飞跨电容预充电的三电平功率变换电路，包括电容C1，电容C1的一端与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与二极管D3的一端连接，二极管D3的另一端与二极管 D4的一端连接，二极管D4的另一端与电容C3的一端连接，电容C3的另一端与电容C1的另一端连接，电感L1的另一端与电容C1的另一端分别连接串联连接在一起的开关管Q1和开关管Q2的两端，开关管Q1和开关管Q2之间的公共端连接飞跨电容Cf的一端，飞跨电容Cf的另一端连接二极管D3和二极管D4 之间的公共端，电容C3的两端并联有电阻RL，其特征在于，所述的开关管Q2 的两端或开关管Q1的两端并联有串联连接在一起的电容C2和开关S1。