一种降压DC-DC变换器及电子设备制造技术

本发明专利技术提供了一种降压DC‑DC变换器及电子设备，该降压DC‑DC变换器，包括输入单元、第一相降压单元、第二相降压单元、输出单元和控制单元；所述输入单元用于连接直流电源，所述输出单元用于连接直流负载；所述第一相降压单元和第二相降压单元分别与所述直流负载连接，所述第一相降压单元包括第一开关管，所述第二相降压单元包括第二开关管和第三开关管，所述控制单元分别向所述第一开关管、第二开关管、第三开关管输出脉冲宽度调制信号使所述第一相降压单元和第二相降压单元交替向所述输出单元输出电压。本发明专利技术通过采用两相交错并联技术，提高了变换器的降压能力，降低了开关器件的电压应力和输出电流纹波，提高了该变换器的功率等级。

【技术实现步骤摘要】
一种降压DC-DC变换器及电子设备
本专利技术涉及电力电子变换器领域，更具体地说，涉及一种降压DC-DC变换器及电子设备。
技术介绍
在新能源电动汽车、不间断电源、工业仪器仪表、航天航空电源等应用领域，降压DC-DC变换器发挥着重要的功率变换作用。传统Buck电路结构简单，易于实现，在中、低功率场合有着广泛的应用。但传统Buck电路降压能力有限，开关器件电压应力大，且难以在大功率场合中达到高效率转换。公开号为CN107863882A的中国专利技术专利申请公开了一种降压式变换BUCK电路，其采用交错并联技术，通过两相Buck电路交替向输出侧提供能量，提高了系统的功率等级，并且有效降低了输出电流纹波。公开号为CN107395010A的中国专利技术专利申请则公开了用于储能系统交错并联开关电容型宽增益双向直流变换器，该双向直流变换器通过五个开关管实现了升降压功能，使得能量可双向流动，不属于能量单向流动的降压变换器领域。但是1)在降压模式中，仍需五个开关管进行调制完成降压过程，由于过多开关管的使用，需要设置多个死区，会产生很大的短路电流，严重的话会烧毁开关管，影响了变换器的稳定性与可靠性；2)在降压模式中，过多开关管的使用，导致其控制电路的设计繁杂、成本高，也不利于系统的集成，不适用于高度集成的电力电子变换器
上述两种降压DC-DC变换器与传统Buck电路相比，降压能力没有得到改善，且开关器件电压应力依旧大。因此，在实际应用中上述降压DC-DC变换器难以在低电压变换比转换领域中达到高效率变换，无法广泛使用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对上述降压DC-DC变换器难以在低电压变换比转换领域中达到高效率变换，无法广泛使用的问题，提供一种新的降压DC-DC变换器及电子设备。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是，提供一种降压DC-DC变换器，包括输入单元、第一相降压单元、第二相降压单元、输出单元和控制单元；其中，所述输入单元用于连接直流电源，所述输出单元用于连接直流负载；所述第一相降压单元和第二相降压单元分别通过所述输入单元从所述直流电源获取输入电压，且所述第一相降压单元和第二相降压单元分别通过所述输出单元与所述直流负载连接，所述第一相降压单元包括第一开关管，所述第二相降压单元包括第二开关管和第三开关管，所述控制单元分别向所述第一开关管、第二开关管、第三开关管输出脉冲宽度调制信号使所述第一相降压单元和第二相降压单元交替向所述输出单元输出预设电压。在本专利技术所述的降压DC-DC变换器中，所述第一相降压单元包括第一电容、第一二极管、第一电感及第四电容；所述第二相降压单元包括第二电容、第二二极管、第二电感和第三电容，且与所述第一相降压单元共用第四电容；所述第一电容和第二电容串联连接在所述输入单元的两个连接端子之间，所述第一电容的正极依次经由所述第一开关管、第一电感连接到所述输出单元的正输出端，且所述第一电容的负极连接到所述输出单元的负输出端；所述第一二极管的阳极连接到所述输出单元的负输出端，且所述第一二极管的阴极连接到所述第一开关管和第一电感的连接点；所述第二电容的负极依次经由所述第二开关管、第三电容以及第二电感连接到所述输出单元的正输出端；所述第三开关管连接在所述第二开关管和第三电容的连接点与所述输出单元的负输出端之间；所述第二二极管的阳极连接到所述输出单元的负输出端，且所述第二二极管的阴极连接到所述第三电容和第二电感的连接点；所述第四电容两端连接在所述输出单元的正输出端与负输出端之间。在本专利技术所述的降压DC-DC变换器中，所述控制单元分别向所述第一开关管的控制端输出第一脉冲宽度调制信号、向所述第二开关管的控制端输出第二脉冲宽度调制信号、向所述第三开关管的控制端输出第三脉冲宽度调制信号；其中：所述第一脉冲宽度调制信号与所述第三脉冲宽度调制信号具有相同的波形并相差180°，所述第二脉冲宽度调制信号与所述第三脉冲宽度调制信号的波形互补。在本专利技术所述的降压DC-DC变换器中，所述第一脉冲宽度调制信号的占空比大于0.5，且所述降压DC-DC变换器包括顺序执行的第一工作模态、第二工作模态、第三工作模态、第四工作模态：所述第一工作模态工作在第一时段，且所述第一开关管、第三开关管开通，所述第二开关管关断，所述第一二极管、第二二极管关断；所述第二工作模态工作在第二时段，且所述第一开关管导通，第三开关管关断，第二开关管导通，所述第一二极管关断、第二二极管导通；所述第三工作模态工作在第三时段，且所述第一开关管、第三开关管导通，第二开关管关断，所述第一二极管、第二二极管关断；所述第四工作模态工作在第四时段，且所述第一开关管关断，第二开关管关断，第三开关管导通，所述第一二极管导通、第二二极管关断。在本专利技术所述的降压DC-DC变换器中，所述第一时段与第三时段相等，所述第二时段与第四时段相等，且所述第一时段、第二时段、第三时段与第四时段构成一个开关周期。在本专利技术所述的降压DC-DC变换器中，所述第一脉冲宽度调制信号的占空比小于0.5，且所述降压DC-DC变换器包括顺序执行的第五工作模态、第六工作模态、第七工作模态、第八工作模态：所述第五工作模态工作在第五时段，且所述第一开关管导通、第二开关管导通，第三开关管关断，所述第一二极管关断，第二二极管导通；所述第六工作模态工作在第六时段，且所述第一开关管、第三开关管均关断，第二开关管导通，所述第一二极管、第二二极管均导通；所述第七工作模态工作在第七时段，且所述第一开关管、第二开关管关断，第三开关管导通，所述第一二极管导通、第二二极管关断；所述第八工作模态工作在第八时段，且所述第一开关管、第三开关管均关断，第二开关管导通，所述第一二极管、第二二极管均导通。在本专利技术所述的降压DC-DC变换器中，所述第五时段与第七时段相等，所述第六时段与第八时段相等，且所述第五时段、第六时段、第七时段与第八时段构成一个开关周期。在本专利技术所述的降压DC-DC变换器中，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管分别为IGBT；其中，所述第一开关管的集电极连接到所述电源的正极，所述第一开关管的发射极连接到所述第一电感和第一二极管的连接点；所述第二开关管的集电极连接到所述第三开关管与第三电容的连接点，所述第二开关管的发射极连接到所述电源的负极；所述第三开关管的集电极连接到所述输出单元的负输出端，所述第三开关管的发射极连接到所述第二开关管与第三电容的连接点；或所述第一开关管、第二开关管、第三开关管分别为MOSFET；其中，所述第一开关管的漏极连接到所述电源的正极，所述第一开关管的源极连接到所述第一电感和第一二极管的连接点；所述第二开关管的漏极连接到所述第三开关管与第三电容的连接点，所述第二开关管的源极连接到所述电源的负极；所述第三开关管的漏极连接到所述输出单元的负输出端，所述第三开关管的源极连接到所述第二开关管与第三电容的连接点。在本专利技术所述的降压DC-DC变换器中，所述第一电容与第二电容具有相同参数。本专利技术还提供一种电子设备，包括如上所述的降压DC-DC变换器。本专利技术的一种降压DC-DC变换器及电子设备，通过采用两相交错并联技术，不仅提高了变换器的降压能力，还降低了开关器件的电压应力和输出电流纹波。由于输出侧能量由两相交错提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降压DC‑DC变换器，其特征在于，包括输入单元、第一相降压单元、第二相降压单元、输出单元和控制单元；其中，所述输入单元用于连接直流电源，所述输出单元用于连接直流负载；所述第一相降压单元和第二相降压单元分别通过所述输入单元从所述直流电源获取输入电压，且所述第一相降压单元和第二相降压单元分别通过所述输出单元与所述直流负载连接，所述第一相降压单元包括第一开关管，所述第二相降压单元包括第二开关管和第三开关管，所述控制单元分别向所述第一开关管、第二开关管、第三开关管输出脉冲宽度调制信号使所述第一相降压单元和第二相降压单元交替向所述输出单元输出预设电压。

【技术特征摘要】
1.一种降压DC-DC变换器，其特征在于，包括输入单元、第一相降压单元、第二相降压单元、输出单元和控制单元；其中，所述输入单元用于连接直流电源，所述输出单元用于连接直流负载；所述第一相降压单元和第二相降压单元分别通过所述输入单元从所述直流电源获取输入电压，且所述第一相降压单元和第二相降压单元分别通过所述输出单元与所述直流负载连接，所述第一相降压单元包括第一开关管，所述第二相降压单元包括第二开关管和第三开关管，所述控制单元分别向所述第一开关管、第二开关管、第三开关管输出脉冲宽度调制信号使所述第一相降压单元和第二相降压单元交替向所述输出单元输出预设电压。2.根据权利要求1所述的降压DC-DC变换器，其特征在于，所述第一相降压单元包括第一电容、第一二极管、第一电感及第四电容；所述第二相降压单元包括第二电容、第二二极管、第二电感和第三电容，且与所述第一相降压单元共用第四电容；所述第一电容和第二电容串联连接在所述输入单元的两个连接端子之间，所述第一电容的正极依次经由所述第一开关管、第一电感连接到所述输出单元的正输出端，且所述第一电容的负极连接到所述输出单元的负输出端；所述第一二极管的阳极连接到所述输出单元的负输出端，且所述第一二极管的阴极连接到所述第一开关管和第一电感的连接点；所述第二电容的负极依次经由所述第二开关管、第三电容以及第二电感连接到所述输出单元的正输出端；所述第三开关管连接在所述第二开关管和第三电容的连接点与所述输出单元的负输出端之间；所述第二二极管的阳极连接到所述输出单元的负输出端，且所述第二二极管的阴极连接到所述第三电容和第二电感的连接点；所述第四电容两端连接在所述输出单元的正输出端与负输出端之间。3.根据权利要求2所述的降压DC-DC变换器，其特征在于，所述控制单元分别向所述第一开关管的控制端输出第一脉冲宽度调制信号、向所述第二开关管的控制端输出第二脉冲宽度调制信号、向所述第三开关管的控制端输出第三脉冲宽度调制信号；其中：所述第一脉冲宽度调制信号与所述第三脉冲宽度调制信号具有相同的波形并相差180°，所述第二脉冲宽度调制信号与所述第三脉冲宽度调制信号的波形互补。4.根据权利要求3所述的降压DC-DC变换器，其特征在于，所述第一脉冲宽度调制信号的占空比大于0.5，且所述降压DC-DC变换器包括顺序执行的第一工作模态、第二工作模态、第三工作模态、第四工作模态：所述第一工作模态工作在第一时段，且所述第一开关管、第三开关管开通，所述第二开关管关断，所述第一二极管、第二二极管关断；所述第二工作模态工作在第二时段，且所述第一开关管导通，第三开关管关断，第二开关管导通，所述第一二极管关断、第二二极管导通；所述第三工作模...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴贵洋，郭建，刘铁，
申请(专利权)人：苏州汇川联合动力系统有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32