三电平DC-DC转换器和电路控制方法技术

本发明专利技术实施例提供一种三电平DC‑DC转换器和电路控制方法。其中，通过对三电平DC‑DC转换器对称、合理的电路设计，可在不增加电源成本的前提下，实现三电平双向功率转换，且双向电压可升可降从而达到实现双向的宽电压范围。此外，本发明专利技术还可基于三电平DC‑DC转换器并通过开关管的交错控制有效解决现有技术中电感纹波电流过大的问题，有效提高转换器的可靠性，以及通过控制开关管的占空比实现对输入输出电路上的电压的均压调节。

【技术实现步骤摘要】
三电平DC-DC转换器和电路控制方法
本专利技术涉及电力电子
，具体而言，涉及一种三电平DC-DC转换器和电路控制方法。
技术介绍
现有的基于双电平DC-DC(DirectCurrent-DirectCurrent，直流-直流)转换器实现高电压DC-DC电源的制造时，无可避免的需要采用高耐压等级的功率管，从而导致DC-DC电源的设计成本明显增加，而即便已经采用三电平拓扑的电源产品中，也不可避免的需要额外增加均压电路，同样会导致DC-DC电源设计成本的增加，并且还会使得DC-DC电源的可靠性下降。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种三电平DC-DC转换器和电路控制方法，能够有效解决上述问题，降低电源设计成本，提高电源可靠性。一方面，本专利技术较佳实施例提供一种三电平DC-DC转换器，所述三电平DC-DC转换器包括第一转换支路、第二转换支路、第一电感L1和第二电感L2，所述第一转换支路和第二转换支路均包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管(Q3)、第四开关管(Q4)、第一电容(C1)和第二电容(C2)；所述第一开关管(Q1)的第一端口与所述第一电容的一端连接、第二端口与所述第二开关管(Q2)的第一端口连接，所述第一电容(C1)的另一端与所述第二电容(C2)的一端、所述第二开关管(Q2)的第二端口、所述第三开关管(Q3)的第一端口分别连接，所述第二开关管(Q2)的第二端口与所述第二电容(C2)的一端以及所述第三开关管(Q3)的第一端口分别连接，所述第四开关管(Q4)的第一端口与所述第三开关管(Q3)的第二端口连接、第二端口与所述第二电容(C2)的另一端连接；所述第一电感(L1)的一端连接于所述第一转换支路中的第一开关管(Q1)的第二端口与第二开关管(Q2)的第一端口之间、另一端连接于所述第二转换支路中的第一开关管(Q1)的第二端口与第二开关管(Q2)的第一端口之间；所述第二电感(L2)的一端连接于所述第一转换支路中的第三开关管(Q3)的第二端口与第四开关管(Q4)的第一端口之间、另一端连接于所述第二转换支路中的第三开关管(Q3)的第二端口与第四开关管(Q4)的第一端口之间；其中，所述第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)、第四开关管(Q4)分别用于外接驱动信号以控制各开关管的通断状态并使得所述三电平DC-DC转换器处于升压模式或降压模式。另一方面，本专利技术较佳实施例还提供一种电路控制方法，应用于上述的三电平DC-DC转换器，所述电路控制方法包括：当所述三电平DC-DC转换器的工作模式为降压模式时，所述驱动单元向所述第一转换支路和所述第二转换支路中的各开关管提供驱动信号，使得所述第一转换支路中的第一开关管(Q1)和第四开关管(Q4)同占空比交错180°导通，且所述第二转换支路中的第一开关管(Q1)和第四开关管(Q4)保持常通状态；当所述三电平DC-DC转换器的工作模式为升压模式时，所述驱动单元向所述第一转换支路和所述第二转换支路中的各开关管提供驱动信号，使得所述第二转换支路中的第二开关管(Q2)和第三开关管(Q3)同占空比交错180°导通，且所述第一转换支路中的第一开关管(Q1)和第四开关管(Q4)保持常通状态。与现有技术相比，本专利技术提供一种三电平DC-DC转换器和电路控制方法。其中，三电平DC-DC转换器通过对称、合理的电路设计，可在不增加电源成本的前提下，实现三电平双向功率转换，且双向电压可升可降从而达到实现双向的宽电压范围。此外，本专利技术还可通过对开关管的交错控制有效解决现有技术中电感纹波电流过大的问题，有效提高转换器的可靠性，以及通过控制开关管的占空比实现对输入输出电路上的电压的均压调节。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术较佳实施例提供的三电平DC-DC转换器的电路结构示意图。图2为本专利技术较佳实施例提供的三电平DC-DC转换器的另一电路结构示意图。图3(a)-图3(d)为图1中所示的三电平DC-DC转换器处于降压模式时的工作原理示意图。图4(a)-图4(d)为图1中所示的三电平DC-DC转换器处于降压模式时的另一工作原理示意图。图5(a)-图5(d)为图1中所示的三电平DC-DC转换器处于降压模式且源不平衡时的工作原理示意图。图6(a)-图6(d)为图1中所示的三电平DC-DC转换器处于降压模式且源不平衡时的另一工作原理示意图。图7(a)-图7(f)为图1中所示的三电平DC-DC转换器处于降压模式且负载不平衡时的工作原理示意图。图8(a)-图8(f)为图1中所示的三电平DC-DC转换器处于降压模式且负载不平衡时的另一工作原理示意图。图9(a)-图9(d)为图1中所示的三电平DC-DC转换器处于升压模式时的工作原理示意图。图10(a)-图10(d)为图1中所示的三电平DC-DC转换器处于升压模式时的另一工作原理示意图。图11(a)-图11(f)为图1中所示的三电平DC-DC转换器处于升压模式且源不平衡时的工作原理示意图。图12(a)-图12(f)为图1中所示的三电平DC-DC转换器处于升压模式且源不平衡时的另一工作原理示意图。图13(a)-图13(d)为图1中所示的三电平DC-DC转换器处于升压模式且负载不平衡时的工作原理示意图。图14(a)-图14(d)为图1中所示的三电平DC-DC转换器处于升压模式且负载不平衡时的另一工作原理示意图。图标：10-三电平DC-DC转换器；11-第一转换支路；Q1-第一开关管；Q2-第二开关管；Q3-第三开关管；Q4-第四开关管；C1-第一电容；C2-第二电容；D1-第一二极管；D2-第二二极管；D3-第三二极管；D4-第四二极管；12-第二转换支路；Q5-第五开关管；Q6-第六开关管；Q7-第七开关管；Q8-第八开关管；C3-第三电容；C4-第四电容；L1-第一电感；L2-第二电感；13-驱动单元；14-微处理器。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，术语“第一、第二、第三、第四等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三电平DC‑DC转换器，其特征在于，所述三电平DC‑DC转换器包括第一转换支路、第二转换支路、第一电感(L1)和第二电感(L2)，所述第一转换支路和第二转换支路均包括第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)、第四开关管(Q4)、第一电容(C1)和第二电容(C2)；所述第一开关管(Q1)的第一端口与所述第一电容的一端连接、第二端口与所述第二开关管(Q2)的第一端口连接，所述第一电容(C1)的另一端与所述第二电容(C2)的一端、所述第二开关管(Q2)的第二端口、所述第三开关管(Q3)的第一端口分别连接，所述第二开关管(Q2)的第二端口与所述第二电容(C2)的一端以及所述第三开关管(Q3)的第一端口分别连接，所述第四开关管(Q4)的第一端口与所述第三开关管(Q3)的第二端口连接、第二端口与所述第二电容(C2)的另一端连接；所述第一电感(L1)的一端连接于所述第一转换支路中的第一开关管(Q1)的第二端口与第二开关管(Q2)的第一端口之间、另一端连接于所述第二转换支路中的第一开关管(Q1)的第二端口与第二开关管(Q2)的第一端口之间；所述第二电感(L2)的一端连接于所述第一转换支路中的第三开关管(Q3)的第二端口与第四开关管(Q4)的第一端口之间、另一端连接于所述第二转换支路中的第三开关管(Q3)的第二端口与第四开关管(Q4)的第一端口之间；其中，所述第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)、第四开关管(Q4)分别用于外接驱动信号以控制各开关管的通断状态并使得所述三电平DC‑DC转换器处于升压模式或降压模式。...

【技术特征摘要】
1.一种三电平DC-DC转换器，其特征在于，所述三电平DC-DC转换器包括第一转换支路、第二转换支路、第一电感(L1)和第二电感(L2)，所述第一转换支路和第二转换支路均包括第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)、第四开关管(Q4)、第一电容(C1)和第二电容(C2)；所述第一开关管(Q1)的第一端口与所述第一电容的一端连接、第二端口与所述第二开关管(Q2)的第一端口连接，所述第一电容(C1)的另一端与所述第二电容(C2)的一端、所述第二开关管(Q2)的第二端口、所述第三开关管(Q3)的第一端口分别连接，所述第二开关管(Q2)的第二端口与所述第二电容(C2)的一端以及所述第三开关管(Q3)的第一端口分别连接，所述第四开关管(Q4)的第一端口与所述第三开关管(Q3)的第二端口连接、第二端口与所述第二电容(C2)的另一端连接；所述第一电感(L1)的一端连接于所述第一转换支路中的第一开关管(Q1)的第二端口与第二开关管(Q2)的第一端口之间、另一端连接于所述第二转换支路中的第一开关管(Q1)的第二端口与第二开关管(Q2)的第一端口之间；所述第二电感(L2)的一端连接于所述第一转换支路中的第三开关管(Q3)的第二端口与第四开关管(Q4)的第一端口之间、另一端连接于所述第二转换支路中的第三开关管(Q3)的第二端口与第四开关管(Q4)的第一端口之间；其中，所述第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)、第四开关管(Q4)分别用于外接驱动信号以控制各开关管的通断状态并使得所述三电平DC-DC转换器处于升压模式或降压模式。2.根据权利要求1所述的三电平DC-DC转换器，其特征在于，所述第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)和第四开关管(Q4)中的第一端口为漏极、第二端口为源极，所述第一转换支路或/和所述第二转换支路还包括第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)和第四二极管(D4)；所述第一二极管(D1)的阴极与所述第一开关管(Q1)的漏极连接、阳极与所述第一开关管(Q1)的源极连接；所述第二二极管(D2)的阴极与所述第二开关管(Q2)的漏极连接、阳极与所述第二开关管(Q2)的源极连接；所述第三二极管(D3)的阴极与所述第三开关管(Q3)的漏极连接、阳极与所述第三开关管(Q3)的源极连接；所述第四二极管(D4)的阴极与所述第四开关管(Q4)的漏极连接、阳极与所述第四开关管(Q4)的源极连接。3.根据权利要求1所述的三电平DC-DC转换器，其特征在于，所述三电平DC-DC转换器还包括驱动单元和微处理器，所述驱动单元的输入端与所述微处理器连接、输出端与各所述开关管连接，其中，所述驱动单元用于在所述微处理器的控制下向各所述开关管提供驱动信号以使得各所述开关管处于关断或开启状态。4.根据权利要求3所述的三电平DC-DC转换器，其特征在于，所述三电平DC-DC转换器还包括用于检测所述第一转换支路中的第一电容(C1)和第二电容(C2)上的电压的第一电压检测器；所述第一电压检测器与所述微处理器连接；其中，所述微处理器用于根据所述第一电压检测器检测并发送的电压，判断所述第一转换支路中的第一电容(C1)上的电压与所述第二电容(C2)上的电压是否平衡，并在不平衡时控制所述驱动单元按照第一预设规则向所述三电平DC-DC转换器中的各开关管提供驱动信号直到所述第一转换支路中的第一电容(C1)上的电压与所述第二电容(C2)上的电压达到均衡。5.根据权利要求4所述的三电平DC-DC转换器，其特征在于，所述三电平DC-DC转换器还包括用于检测所述第二转换支路中的第一电容(C1)和第二电容(C2)上的电压的第二电压检测器，所述第二电压检测器与所述微处理器连接；其中，所述微处理器用于根据所述第二电压检测器检测并发送的电压，判断所述第二转换支路中的第一电容(C1)上的电压与所述第二电容(C2)上的电压是否平衡，并在不平衡时控制所述驱动单元按照第二预设规则向所述三电平DC-DC转换器中的各开关管提...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈敬赓，王利强，吕剑，
申请(专利权)人：西安特锐德智能充电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61