[发明专利]基于开关电容和耦合电感技术的超高压降压型DC-DC变换器

说明书

本发明公开了一种基于开关电容和耦合电感技术的超高压降压型DC‑DC变换器，包括电源、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五有源开关、第五有源开关、第六有源开关、第七有源开关、第一钳位电容器、第二钳位电容器、第一谐振电容器、第二谐振电容器、负载、第一耦合电感器及第二耦合电感器，该变换器具有体积小、损耗小及转换效率高的特点。

技术领域

本发明涉及一种超高压降压型DC-DC变换器，具体涉及一种基于开关电容和耦合电感技术的超高压降压型DC-DC变换器。

背景技术

电力电子技术是国家安全和国民生活的重要支撑技术，是实现节能环保和提高人们生活质量的重要技术手段，其使用程度更是评判一个国家发达程度的重要指标。高效率和高质量的电能变换是电力电子技术发展的终极目标。本发明基于开关电容和耦合电感的基本理论，针对数据中心的用电需求设计出了一种新型非隔离超高压降压型DC-DC变换器。

随着人工智能、大数据和云计算的快速发展，数据中心的负载需求耗逐年增加，高性能CPU朝着更低电压和更高电流方向发展。电压调节器(VRM)作为从母线电压到微处理器工作电压之间的桥梁，其结构性能极大地制约了传输损耗和能量转换效率。目前48V直流总线电压正在发展并已经应用于工业领域，而传统的降压型转换器由于占空比的限制无法实现从48V到1.xV的直流变换。因此，新型电压调整器拓扑的研发是不可避免的趋势。

目前，电压调整器从拓扑结构上可以分为两类：

(1)两级拓扑，第一阶段拓扑将高输入电压转换为中间电压(48V至12V)，然后第二级将中间电压转换为低输出电压(12V至1.xV)；

(2)单级拓扑，直接将母线电压转换为CPU的工作电压。

对于两级变换器来说，隔离和非隔离的拓扑设计已有许多，并且也已经获得了工业界和学术界的认可，但是都存在显著的缺陷：其一是变压器的使用增大了变换器体积，其二是过多的有缘开关使得第二级拓扑的损耗相当大，降低了转换效率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于开关电容和耦合电感技术的超高压降压型DC-DC变换器，该变换器具有体积小、损耗小及转换效率高的特点。

为达到上述目的，本发明所述的基于开关电容和耦合电感技术的超高压降压型DC-DC变换器包括电源、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五有源开关、第五有源开关、第六有源开关、第七有源开关、第一钳位电容器、第二钳位电容器、第一谐振电容器、第二谐振电容器、负载、第一耦合电感器及第二耦合电感器；

电源的正极经第一开关与第二开关的一端及第一钳位电容器的一端相连接，第二开关的另一端与第二钳位电容器的一端及第三开关的一端相连接，第一钳位电容器的另一端与第三开关的另一端、第四开关的一端及第一谐振电容器的一端相连接，第四开关的另一端接地，第二钳位电容器的另一端与第五有源开关的一端及第二谐振电容器的一端相连接，第二谐振电容器的另一端与第二耦合电感器中原边的一端相连接，第一谐振电容器的另一端与第一耦合电感器中原边的一端相连接，第二耦合电感器中原边的另一端与第六有源开关的一端及第二耦合电感器中副边的一端相连接，第二耦合电感器中副边的另一端与第七有源开关的一端、第一耦合电感器中原边的另一端及第一耦合电感器中副边的一端相连接，第一耦合电感器中副边的另一端与负载的一端相连接，负载的另一端、第七有源开关的另一端、第六有源开关的另一端、第五有源开关的另一端及电源的负极均接地。

第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五有源开关、第五有源开关、第六有源开关及第七有源开关均为MOS管。

负载并联连接有输出滤波电容。

本发明具有以下有益效果：