[发明专利]IPOP三电平Buck变换器、级联系统及其控制方法

摘要

本发明公开了一种IPOP三电平Buck变换器、级联系统及其控制方法，其中变换器包括开关管Q₁、开关管Q₂、开关管Q₃和开关管Q₄共4个开关管，二极管D₁和二极管D₂共2个二极管，电感L₁、电感L₂和电感L₃共3个电感，以及电容C₁、电容C₂、电容C₃和电容C₄共4个电容。通过开关管Q₁和开关管Q₂串联，然后与开关管Q₃和电容C₃的串联电路并联，再于开关管Q₁和开关管Q₃的源极之间串联上开关管Q₄；不仅具有减小开关管承受电压，减小滤波电感的优点；而且通过合理地控制开关管的导通顺序，可有效地减小开关管所需承受的电压及最大电流，从而适用于高电压大电流的应用场合。

主权项

1.一种IPOP三电平Buck变换器，其特征在于：包括开关管Q₁、开关管Q₂、开关管Q₃和开关管Q₄共4个开关管，二极管D₁和二极管D₂共2个二极管，电感L₁、电感L₂和电感L₃共3个电感，以及电容C₁、电容C₂、电容C₃和电容C₄共4个电容；所述电容C₁的一端、开关管Q₁的漏极和开关管Q₃的漏极均与位于输入端的电压源的正极相连，所述电容C₁的另一端分别与电容C₂的一端、电感L₁的一端相连，所述电容C₂的另一端、二极管D₁的正极、二极管D₂的正极和电容C₄的一端均与位于输入端的电压源的负极相连，所述电感L1的另一端分别与开关管Q₁的源极、开关管Q₂的漏极和开关管Q₄的源极相连，所述开关管Q₂的源极分别与二极管D₁的负极、电感L₃的一端相连，所述开关管Q₄的漏极分别与开关管Q₃的源极、电容C₃的一端相连，所述电容C₃的另一端分别与二极管D₂的负极、电感L₂的一端相连，所述电感L₂的另一端分别与电感L₃的另一端、电容C₄的另一端相连，所述电容C₄的两端用于接入负载；具有4种工作模态，分别为，模态1：开关管Q₂和开关管Q₃均开通，开关管Q₁和开关管Q₄均关断，电容C₂经开关管Q₂给电感L₃和负载输出能量，电容C₁经开关管Q₃给电感L₂和负载输出能量，电容C₃为处于充电状态的飞跨电容；模态2：开关管Q₄导通，开关管Q₁、开关管Q₂和开关管Q₃均关断，电感L₂和电感L₃给负载输出能量，电容C₃为通过开关管Q₄向电容C₂放电的飞跨电容；模态3：开关管Q₃导通，开关管Q₁、开关管Q₂和开关管Q₄均关断，电容C₁给电感L₂和负载输出能量，电感L₃给负载输出能量，电容C₃为处于充电状态的飞跨电容；模态4：开关管Q₂和开关管Q₄均导通，开关管Q₁和开关管Q₃均关断，电压源经开关管Q₂给电感L₃和负载输出能量，电感L₂通过二极管D₂对负载输出能量，电容C₃为通过开关管Q₄、二极管D₂对电容C₂放电的飞跨电容；当占空比d大于0.5时，该IPOP三电平Buck变换器在一个开关周期内的工作过程依次为模态1、模态4、模态3、模态4；当占空比d小于0.5时，该IPOP三电平Buck变换器在一个开关周期内的工作过程依次为模态4、模态2、模态4、模态3。