[发明专利]基于多谐振开关槽式电路与Buck-Boost电路的降压变换器

说明书

本发明公开了一种DC/DC降压变换器，该变换器由多谐振开关槽式电路(MRSTC)与四管Buck‑boost电路(FSBB)输入侧串联、输出侧并联构成。其中，MRSTC工作在开环模式，电压变比固定，作为直流变压器，传递大部分能量，具有高效率、高功率密度的优点。FSBB工作在闭环控制模式，传递少部分能量，实现输出电压闭环控制，满足输入电压宽范围的工作要求。在开关槽式变换器(STC)的谐振槽上，引入第二个小电容，与原有串联谐振槽并联，降低谐振槽电流有效值，降低传导损耗，进一步提高变换器的效率。

技术领域

本发明涉及直流-直流变换器领域，具体涉及一种降压DC/DC变换器。

背景技术

随着大数据、云计算、物联网的发展，数据中心供电系统对高效率和高功率密度DC/DC变换器的需求日益增长。谐振开关电容变换器，实现了储能电容的软充放电，消除了传统开关电容变换器在开关瞬间存在电压电流尖峰的问题，兼具轻重量、小体积、高效率、高功率密度以及可集成等优点，在数据中心供电系统等场合中得以应用。

限制谐振开关电容变换器发展的问题主要有：

(1)输出电压和输入电压之间的变比由谐振开关电容单元级数决定，当输入电压或负载变化时，输出电压不可调。如果采用两级式结构实现调压，会牺牲变换器的效率。

(2)大规模生产应用中，无源器件参数存在差异，尤其是作为储能元件的电容存在容差，会导致不同谐振槽的谐振频率与开关频率不匹配，造成不良功率循环，降低变换器的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多谐振开关槽式电路(MRSTC)与四管Buck-boost电路(FSBB)的降压DC/DC变换器，该变换器保留了传统谐振开关电容变换器高功率密度、高效率的优点，能够实现输出电压的闭环控制，对无源器件参数的差异具有抗扰性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种DC/DC降压变换器，由多谐振开关槽式电路(MRSTC)与四管Buck-boost电路(FSBB)输入侧串联输出侧并联构成。

MRSTC包括4个主开关管Q_1a、Q_1b、Q_2a、Q_2b，6个同步整流开关管Q_3a、Q_3b、Q_4a、Q_4b、Q_5a、Q_5b，2个谐振电容C₁和C₃，2个谐振电感L₁和L₃，2个旁路电容C_r1和C_r3，以及1个钳位电容C₂；

FSBB包括4个开关管Q_A、Q_B、Q_C、Q_D，电容C_b与电感L_b；

Q_1a的电流输入端与电压源的正极电气连接；Q_1a、Q_1b、Q_2a、Q_2b之间的电流输出端和电流输入端依次电气连接。Q_3a的电流输出端与Q_3b的电流输入端电气连接、Q_3b的电流输出端与电压源的负极电气连接；Q_4b的电流输出端与Q_4a的电流输入端电气连接、Q_4a的电流输出端与电压源的负极电气连接；Q_5a的电流输出端与Q_5b的电流输入端电气连接、Q_5b的电流输出端与电压源的负极电气连接。