[发明专利]一种三电平降压电路及其控制方法

说明书

本发明公开一种三电平降压电路及其控制方法，该电路包括：直流电源DC、输入母线滤波电容C1、输入母线滤波电容C2、功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q1的结电容C3、功率开关管Q2的结电容C4、电容C5、功率二极管D1、功率二极管D2、功率二极管D3、功率二极管D4、升压电感L1以及电容C6。本发明提供了一种新的三电平降压电路拓扑，与传统对称buck三电平降压电路、飞跨电容三电平降压电路相比，不仅控制简单，不存在共模干扰，而且成本低，适宜推广应用。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种三电平降压电路及其控制方法。

背景技术

在电力电子拓扑中，Buck电路是最基本的一种DC/DC拓扑，应用到各种各样的电力电子设备中。对于低压系统，两电平Buck可以满足耐压要求，但是对于更高输入电压，由于市场上通用的功率管大多为低压器件，且高压器件价格是低压器件的几倍，两电平Buck已经难以满足耐压要求。现在三电平降压电路包括：对称buck三电平降压电路、飞跨电容三电平降压电路。其中，一、对称Buck三电平降压电路：对称buck降压电路的拓扑和驱动时序如图1和图2所示，开关管Q1和开关管Q2并不能保证同时的开通和关断，且在电容C1和电容C2中点电压有偏差的时，需要调节开关管Q1和开关管Q2的驱动时序来稳定电容C1和电容C2的中点电压，导致输出电压对地之间存在严重的共模信号，和大地之间形成共模干扰，导致很高的漏电流，影响系统的正常工作，对称Buck三电平降压拓扑需要两个电感，需要两路独立的驱动电路，这些也都增加了系统成本。二、飞跨电容三电平buck电路：飞跨电容三电平buck电路的拓扑和驱动时序如图3和图4所示，虽然飞跨电容三电平不存在共模干扰问题，但是飞跨电容三电平需要对飞跨的电容C5进行预充电，预充电电路设计比较复杂，且在稳态工作时，要时时刻刻控制电容C5上的电压，控制繁琐，电容C5的容值比较大，成本也比较高，至今飞跨电容Buck三电平很难在工程上被广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于通过一种三电平降压电路及其控制方法，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种三电平降压电路，该电路包括：直流电源DC、输入母线滤波电容C1、输入母线滤波电容C2、功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q1的结电容C3、功率开关管Q2的结电容C4、电容C5、功率二极管D1、功率二极管D2、功率二极管D3、功率二极管D4、升压电感L1以及电容C6；所述直流电源DC的正极与输入母线滤波电容C1的一端、功率开关管Q1的集电极连接，直流电源DC的负极与输入母线滤波电容C2的一端、功率二极管D2的正极、电容C6的一端连接，输入母线滤波电容C1的另一端与输入母线滤波电容C2的另一端、功率二极管D3的正极、功率二极管D4的负极连接，功率二极管D3的负极与功率开关管Q1的发射极、电容C5的一端、功率开关管Q2的集电极连接，结电容C3并接在功率开关管Q1的集电极与发射极之间，结电容C4并接在功率开关管Q2的集电极与发射极之间，电容C5的另一端与功率二极管D4的正极、功率二极管D1的正极、功率二极管D2的负极连接，功率二极管D1的负极与功率开关管Q2的发射极、升压电感L1的一端连接，升压电感L1的另一端与电容C6的另一端连接。

基于上述三电平降压电路，本发明还公开了一种三电平降压电路控制方法，该方法包括：

功率开关管Q1、功率开关管Q2的驱动时序为：每个周期内，初始状态，功率开关管Q1和功率开关管Q2的门极驱动电压均为低电平；t1时间段内，功率开关管Q1的门极驱动电压为高电平、功率开关管Q2的门极驱动电压为低电平；之后，功率开关管Q1和功率开关管Q2的门极驱动电压均为高电平；t2时间段内，功率开关管Q1的门极驱动电压为高电平、功率开关管Q2的门极驱动电压为低电平；假设总母线电压为保持不变，该降压电路在工作的前x周期内，功率二极管D3正极与功率二极管D4负极的结点m点的电位一直降低，假设m点的电位降低至a时，母线中点s电位不再发生变化，始终为a,电容C5两端的电压为b，输出母线滤波电容C2两端的电压为a：