[发明专利]一种三电平Buck电路及飞跨电容的均压控制方法

说明书

本发明公开了一种三电平Buck电路及飞跨电容的均压控制方法，根据飞跨电容C_fly的电压值和预设值之间的大小关系调节开关管Q1和开关管Q2的驱动信号的前沿和后沿使得飞跨电容C_fly的电压值稳定在预定范围内，从而降低三电平Buck电路中各个开关管所需承受的电压应力，降低电路的损耗和成本，提高电源效率。

技术领域

本发明涉及开关电源，特别涉及三电平Buck电路及飞跨电容的均压控制方法。

背景技术

图1为三电平Buck电路的原理图，图2为三电平Buck电路的工作时序图，开关管Q1和开关管Q4的驱动信号互补，开关管Q2和开关管Q3的驱动信号互补，开关管Q1和开关管Q2对应驱动信号G1和G2的时间(也称为占空比)相同，但相位差为180°，须确保飞跨电容C_fly的电压V_CF基本上为输入电压Vin的一半(Vin/2)，开关管Q1-Q4所需承受的电压才能为Vin/2，这样可以降低电路的功耗和成本，提高工作效率。

但是在实际的控制电路中,开关管Q1和开关管Q2对应驱动信号G1和G2的占空比不可能完全相同,同时开关管的驱动电路以及开关管的开关特性也不可能完全相同,因此开关管Q1和开关管Q2的占空比必然存在一定的差异,这样飞跨电容C_fly在一个周期内充电和放电的能量不可能相等,飞跨电容C_fly的电压V_CF将高于Vin/2或低于Vin/2。此时三电平Buck变换器不能正常工作。

为了维持飞跨电容C_fly的电压V_CF基本上等于Vin/2，常用的办法有三种：

其一，只对开关管Q1的导通时间t_on进行调节；

其二，只对开关管Q2的导通时间t_on进行调节；

其三，同时对开关管Q1和开关管Q2的导通时间t_on进行调节；

总的原理都是相同的，现在只对开关管Q1的导通时间t_on调节进行说明，如图3所示，假设飞跨电容C_fly的电压V_CF低于Vin/2，因此应该增加飞跨电容C_fly的充电时间，即开关管Q1的导通时间在t_on(图3中t2至t3)的基础上增加Δt,且Δt相对于t_on是非常微小的量，几乎可以忽略，这样才能使飞跨电容C_fly的均压过程非常平滑。飞跨电容C_fly的电压在实现均压的过程中是闭环控制，所以飞跨电容C_fly的电压V_CF虽然低于Vin/2，但实际上也非常接近于Vin/2，为了简化计算过程，可认为飞跨电容C_fly的电压V_CF为Vin/2，开关管Q1的导通时间增加Δt使飞跨电容C_fly的电压V_CF增加值为：

上式中I_V为t2时刻电感L的电流值，Vin为输入电压，Vo为输出电压。

由于开关管Q1和开关管Q2相位差为180°，开关管Q1占空比增加Δt使电感L的从t3+Δt时刻开始去磁，导致去磁时间减少Δt，所以开关管Q2导通时刻对应电感L的电流值变大，即飞跨电容C_fly的放电电流变大，电压V_CF从t0+T到t1+T时刻的减少值为：

式2与式1做差得到：