[发明专利]三态谐振开关电容功率变换器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种三态谐振开关电容功率变换器及其控制方法，包括第一飞电容、第二飞电容和电压输出端，第一飞电容通过第一开关管与正电压端连接，第一飞电容通过第二开关管与电压接地端连接；第二飞电容通过第三开关管与第一飞电容连接，以及通过第四开关管与第一飞电容连接，第二飞电容通过第五开关管与电压接地端连接；电压输出端通过第六开关管与第二飞电容连接，以及通过第七开关管与第二飞电容连接，电压输出端与电压接地端连接；其中，第二飞电容和电压输出端之间的输出电流回路上还串联连接有谐振电感。在同等工作条件下所需的开关管、飞电容和谐振电感更少，因此有利于缩小变换器的体积、降低损耗，提高电源效率以及功率密度。

技术领域

本发明涉及电能变换技术领域，特别涉及一种三态谐振开关电容功率变换器及其控制方法。

背景技术

在电能变换技术领域中，DC-DC转换器包括电感式DC-DC转换器、混合型DC-DC转换器和开关电容DC-DC转换器。然而，传统的电感式DC-DC转换器要求开关管具有较高的耐压能力，因此带来可靠性问题，增加了转换器的成本和功耗；采用开关电容降低开关节点压降的混合型DC-DC转换器通过大电感实现小纹波，但是会限制功率密度；而采用纯开关电容构成的开关电容DC-DC转换器虽然可以解决功率密度和耐压问题，但是具有较大的尖峰电流，会导致功耗和耐流增大。

因此，为满足开关电源的高效高功率的发展趋势要求，谐振变换器凭借其软开关特性，成为电能变换技术领域研究的热点。但是，目前的多数谐振变换器都是基于隔离式变压器制成的，然而变压器一般都会限制转换器的功率密度。虽然存在部分非隔离式谐振变换器，但是这类非隔离式谐振变换器大多工作在两相4状态，而利用两个飞电容构成的谐振变换器只能达到2：1或3：1的转换比。对于要求转换比为4：1的应用场景，例如数据中心供电、机器人、无人机或手持电子设备供电等，现有的非隔离式转换器需要至少八个功率管、至少两个飞电容和至少一个谐振电感，导致变换器的功率密度受到限制。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种三态谐振开关电容功率变换器，能够减少开关管的数量，从而缩小变换器的体积、降低损耗，提高电源效率以及功率密度。

本发明还提出一种三态谐振开关电容功率变换器的控制方法。

第一方面，根据本发明实施例的三态谐振开关电容功率变换器，包括第一飞电容，所述第一飞电容的第一端连接有第一开关管，并通过所述第一开关管与正电压端连接，所述第一飞电容的第二端连接有第二开关管，并通过所述第二开关管与电压接地端连接；第二飞电容，所述第二飞电容的第一端连接有第三开关管和第四开关管，并通过所述第三开关管与所述第一飞电容的第一端连接，以及通过所述第四开关管与所述第一飞电容的第二端连接，所述第二飞电容的第二端连接有第五开关管，并通过所述第五开关管与所述电压接地端连接；电压输出端，所述电压输出端连接有第六开关管和第七开关管，并通过所述第六开关管与所述第二飞电容的第一端连接，以及通过所述第七开关管与所述第二飞电容的第二端连接；其中，所述第二飞电容和所述电压输出端之间的输出电流回路上还串联连接有谐振电感。

根据本发明实施例的三态谐振开关电容功率变换器，至少具有如下有益效果：利用电感和电容构成的谐振电路可以实现能量交换使用，其拓扑结构仅需要七个开关管，电路拓扑简单，与现有的谐振变换器相比，在同等工作条件下所需的开关管、飞电容和谐振电感更少，因此有利于缩小变换器的体积、降低损耗，提高电源效率以及功率密度。

根据本发明的一些实施例，三态谐振开关电容功率变换器还包括输出电容，所述输出电容的第一端与所述电压输出端连接，所述输出电容的第二端与所述电压接地端连接。

根据本发明的一些实施例，所述谐振电感的第一端分别与所述第六开关管和所述第七开关管连接，并通过所述第六开关管与所述第二飞电容的第一端连接，以及通过所述第七开关管与所述第二飞电容的第二端连接，所述谐振电感的第二端与所述电压输出端的第一端连接。