[发明专利]三电平降压变换器的电容控制方法、装置及降压变换系统

说明书

本发明适用于电源技术领域，提供了一种三电平降压变换器的电容控制方法、装置及降压变换系统。该三电平降压变换器包括一飞跨电容，该飞跨电容可工作在充电和放电两种状态；该电容控制方法包括：实时检测所述飞跨电容的电压值；根据检测的所述飞跨电容的电压值与电容基准电压值，调节所述飞跨电容的充电时长和/或放电时长，使得所述飞跨电容的电压值与所述电容基准电压值相等。本发明通过实时检测三电平降压变换器中飞跨电容的电压值，并与电容基准电压值进行比较，根据比较结果对飞跨电容的充、放电时长进行调节，这样一旦飞跨电容的电压有突变，能够快速响应将飞跨电容的电压值调整到电容基准电压值，可使三电平降压变换器保持在最佳工作状态。

技术领域

本发明属于电源技术领域，尤其涉及一种三电平降压变换器的电容控制方法、装置及降压变换系统。

背景技术

降压变换器(Buck Converter，Buck变换器)又称为降压斩波器(Buck Chopper)，采用降低电压的直流-直流转换技术，输出(负载)端的电压会比输入(电源)端要低，但其输出电流会大于输入电流。

根据不同的应用场合，降压变换器可以有多种拓扑结构。与传统的降压拓扑相比，三电平降压拓扑中功率管的电压应力更低，输出滤波器尺寸更小，更容易实现高功率密度，提高系统的效率，非常适用于高输入电压和中大功率的应用场合。

图1示出了三电平Buck变换器的电路图，参照图1，第一功率管Q1和第四功率管Q4分别由一对互补的驱动信号G1和G4驱动，第二功率管Q2和第三功率管Q3分别由另一对互补的驱动信号G2和G3驱动，这两对互补信号的占空比D相同，相移为180°。飞跨电容V_CF的一端接在第一功率管Q1和第二功率管Q2的中点，另一端接在第三功率管Q3和第四功率管Q4的中点。电感L_f连接在节点LX与输出端口之间。

三电平Buck变换器在开始工作前，跨接在两桥臂中点的飞跨电容V_CF被预充电至输入电压V_in的一半。理想工作状况下，第一功率管Q1和第二功率管Q2的占空比相同，飞跨电容V_CF的电压恒定为1/2V_in。此时三电平Buck的各功率管所要承受的电压为V_in的一半，电感L_f的电流具有倍频效果，有利于减小输出滤波器的体积，实现高功率密度，在满足同样的纹波要求时，开关频率可降低，从而降低开关损耗。

但实际应用中，由于控制单元、驱动电路和功率管特性的差异将导致第一功率管Q1和第二功率管Q2开通时间不同，飞跨电容V_CF的充放电不平衡，飞跨电容V_CF的电压会升高或降低，这将破坏三电平Buck变换器的最佳工作状态，也会使得功率管电压应力增大。

发明内容

鉴于上述原因，本发明实施例所要解决的技术问题为在三电平Buck变换器工作过程中，如何使飞跨电容的电压值稳定在电容基准电压值，以便三电平Buck变换器能保持在最佳工作状态。

为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供了一种三电平降压变换器的电容控制方法，所述三电平降压变换器包括一飞跨电容，所述飞跨电容可工作在充电和放电两种状态；所述电容控制方法包括下述步骤：

实时检测所述飞跨电容的电压值；

根据检测的所述飞跨电容的电压值与电容基准电压值，调节所述飞跨电容的充电时长和/或放电时长，使得所述飞跨电容的电压值与所述电容基准电压值相等。