功率变换器制造技术

依据本发明专利技术的实施例揭露了一种功率变换器，所述功率变换器包括正输入端和负输入端，被配置为接收输入电压；正输出端和负输出端，被配置为产生输出电压；第一功率开关和第二功率开关，依次串联耦接在正输入端和第一节点之间；第三功率开关和第四功率开关，依次串联耦接在第二节点和负输入端之间；第一储能元件，耦接在所述第一功率开关和第二功率开关的公共端与所述第三功率开关和第四功率开关的公共端之间；第一开关电容电路和第二开关电容电路；第一开关电容电路，耦接在第一节点和正输出端之间；第二开关电容电路，耦接在第二节点和正输出端之间。本发明专利技术中所述功率变换器工作在谐振状态，从而提高了功率变换器的效率，减少了EMI干扰。

【技术实现步骤摘要】
功率变换器
本专利技术涉及电力电子领域，更具体的说，涉及一种功率变换器。
技术介绍
随着社会的发展，能源短缺成为人类面临的首要问题。电力电子技术近年来获得了突飞猛进的发展，高效的功率变换器是能源利用中不可或缺的组成部分。现有技术中的一种高效功率变换器如图1所示，所述功率变换器包括功率开关Q1～Q8、飞跨电容CF1～CF3、电感L和输出电容Co，所述功率开关Q1～Q8依次串联连接所述功率变换器的输入高电位端和地电位之间，以接收输入电压Vin，所述飞跨电容CF3耦接在功率开关Q1和Q2的公共端与功率开关Q7和Q8的公共端之间，所述飞跨电容CF2耦接在功率开关Q2和Q3的公共端与功率开关Q6和Q7的公共端之间，所述飞跨电容CF1耦接在功率开关Q3和Q4的公共端与功率开关Q5和Q6的公共端之间，所述电感L的一端耦接功率开关Q4和功率开关Q5的公共端，所述电感L的另一端耦接所述功率变换器的输出高电位端，输出电容Co耦接在所述功率变换器的输出高电位端和地电位之间，以得到输出电压Vout。图1所示的功率变换器能高效地完成4：1的电压转换，即输入电压Vin和输出电压Vout的比值为4：1，但需要8个功率开关串联耦接，而多个功率开关串联耦接会导致驱动电路的实现较为复杂，因此应该尽量减少串联耦接的功率开关的个数。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种串联耦接的功率开关的个数较少的功率变换器，以解决现有技术中串联耦接的功率开关的个数较多而造成驱动电路的实现较为复杂的技术问题。本专利技术实施例提供了一种功率变换器，包括：正输入端和负输入端，被配置为接收输入电压；正输出端和负输出端，被配置为产生输出电压；第一功率开关和第二功率开关，依次串联耦接在所述正输入端和第一节点之间；第三功率开关和第四功率开关，依次串联耦接在第二节点和所述负输入端之间；第一储能元件，用于耦接在所述第一功率开关和所述第二功率开关的公共端与所述第三功率开关和所述第四功率开关的公共端之间；第一开关电容电路，耦接在所述第一节点和所述正输出端之间；第二开关电容电路，耦接在所述第二节点和所述正输出端之间。优选地，所述第一功率开关、所述第二功率开关、所述第三功率开关和所述第四功率开关的占空比相同。优选地，所述第一功率开关和所述第三功率开关的开关状态相同，所述第二功率开关和所述第四功率开关的开关状态相同，错相控制所述第一功率开关和所述第二功率开关的开关状态。优选地，所述第一节点和所述第二节点之间没有物理连接。优选地，所述第一开关电容电路包括串联连接的2N+1个第五功率开关和N个第一飞跨电容，所述2N+1个第五功率开关依次串联在所述第一节点和地电位之间，以形成2N个第一中间节点，第N个第一飞跨电容耦接在所述第一节点和第2N个第一中间节点之间，第r个第一飞跨电容耦接在第r个第一中间节点和第2N-r个第一中间节点之间，第N个第一中间节点耦接所述正输出端，r小于N，N大于等于1。优选地，所述第二开关电容电路包括串联连接的2N+1个第六功率开关和N个第二飞跨电容，所述2N+1个第六功率开关依次串联在所述第二节点和地电位之间，以形成2N个第二中间节点，第N个第二飞跨电容耦接在所述第二节点和第2N个第二中间节点之间，第r个第二飞跨电容耦接在第r个第二中间节点和第2N-r个第二中间节点之间，第N个第二中间节点耦接所述正输出端，r小于N，N大于等于1。优选地，所述第一开关电容电路还包括与N个第一飞跨电容一一对应的N个第一电感，N个第一电感分别与对应的第一飞跨电容串联耦接；所述第一开关电容电路还包括与N个第二飞跨电容一一对应的N个第二电感，N个第二电感分别与对应的第二飞跨电容串联耦接。优选地，所述功率变换器还包括第一磁性元件，所述第一磁性元件与所述第一储能元件串联耦接。优选地，控制所述第一功率开关、所述第二功率开关、所述第三功率开关、所述第四功率开关、每个第五功率开关和每个第六功率开关的开关状态，以使得所述输出电压等于所述输入电压的1/(2*(N+1))。优选地，所述第一功率开关、所述第三功率开关、前N个所述第五功率开关、所述第二功率开关、所述第四功率开关和前N个所述第六功率开关的占空比相同，且占空比＝1/(N+1)。优选地，第2N+1个第五功率开关和所述第二功率开关的开关状态互补，第2N-n+1个第五功率开关和第n个第五功率开关的开关状态互补，第2N+1个第六功率开关和所述第三功率开关的开关状态互补，第2N-n+1个第六功率开关和第n个第六功率开关的开关状态互补，n不大于N。优选地，所述第一功率开关和所述第三功率开关的开关状态相同，所述第二功率开关和所述第四功率开关的开关状态相同，错相控制所述第一功率开关和所述第二功率开关的开关状态，使得所述第一功率开关和第二功率开关的导通时序之间的相位差为360°/(N+1)。优选地，依次错相控制所述第二功率开关和第1个第五功率开关至第N个第五功率开关中相邻两个功率开关的开关状态，使得所述第二功率开关和第1个第五功率开关至第N个第五功率开关中相邻两个功率开关的导通时序之间的相位差为360°/(N+1)；以及依次错相控制所述第三功率开关和第1个第六功率开关至第N个第六功率开关中相邻两个功率开关的开关状态，使得所述第三功率开关和第1个第六功率开关至第N个第六功率开关中相邻两个功率开关的导通时序之间的相位差为360°/(N+1)。优选地，所述第一节点和所述第二节点耦接在一起。优选地，所述第一开关电容电路包括串联连接的2N个第五功率开关、N-1个第一飞跨电容和N-1个第一电感，所述2N个第五功率开关依次串联在所述第一节点和地电位之间，以形成2N-1个第一中间节点，第r个第一电感和第r个第一飞跨电容串联后耦接在第r个第一中间节点和第2N-r个第一中间节点之间，第N个第一中间节点耦接所述正输出端，r小于N，N大于1。优选地，所述第二开关电容电路包括串联连接的2N个第六功率开关、N-1个第二飞跨电容和N-1个第二电感，所述2N个第六功率开关依次串联在所述第二节点和地电位之间，以形成2N-1个第二中间节点，第r个第二电感和第r个第二飞跨电容串联后耦接在第r个第二中间节点和第2N-r个第二中间节点之间，第N个第二中间节点耦接所述正输出端，r小于N，N大于1。优选地，所述功率变换器还包括第一磁性元件，所述第一磁性元件与所述第一储能元件串联耦接。优选地，控制所述第一储能元件、所述第一飞跨电容和所述第二飞跨电容的容量以及所述第一电感和所述第二电感的感量，使得所述功率变换器分别在一个工作周期中的每个工作区间的各个工作回路中的谐振频率相等，以使得所述功率变换器工作在谐振状态。优选地，所述第一电感和所述第二电感的感量相等，所述第一飞跨电容和所述第二飞跨电容的容量相等，所述第一储能元件的容量大于所述第一飞跨电容的容量。优选地，控制所述第一储能元件、所述第一飞跨电容和所述第二飞跨电容的容量以及所述第一磁性元件、所述第一电感和所述第二电感的感量，使得所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率变换器，其特征在于，包括：/n正输入端和负输入端，被配置为接收输入电压；/n正输出端和负输出端，被配置为产生输出电压；/n第一功率开关和第二功率开关，依次串联耦接在所述正输入端和第一节点之间；/n第三功率开关和第四功率开关，依次串联耦接在第二节点和所述负输入端之间；/n第一储能元件，用于耦接在所述第一功率开关和所述第二功率开关的公共端与所述第三功率开关和所述第四功率开关的公共端之间；/n第一开关电容电路，耦接在所述第一节点和所述正输出端之间；/n第二开关电容电路，耦接在所述第二节点和所述正输出端之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种功率变换器，其特征在于，包括：
正输入端和负输入端，被配置为接收输入电压；
正输出端和负输出端，被配置为产生输出电压；
第一功率开关和第二功率开关，依次串联耦接在所述正输入端和第一节点之间；
第三功率开关和第四功率开关，依次串联耦接在第二节点和所述负输入端之间；
第一储能元件，用于耦接在所述第一功率开关和所述第二功率开关的公共端与所述第三功率开关和所述第四功率开关的公共端之间；
第一开关电容电路，耦接在所述第一节点和所述正输出端之间；
第二开关电容电路，耦接在所述第二节点和所述正输出端之间。


2.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于：所述第一功率开关、所述第二功率开关、所述第三功率开关和所述第四功率开关的占空比相同。


3.根据权利要求2所述的功率变换器，其特征在于：所述第一功率开关和所述第三功率开关的开关状态相同，所述第二功率开关和所述第四功率开关的开关状态相同，错相控制所述第一功率开关和所述第二功率开关的开关状态。


4.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于：所述第一节点和所述第二节点之间没有物理连接。


5.根据权利要求4所述的功率变换器，其特征在于：所述第一开关电容电路包括串联连接的2N+1个第五功率开关和N个第一飞跨电容，所述2N+1个第五功率开关依次串联在所述第一节点和地电位之间，以形成2N个第一中间节点，第N个第一飞跨电容耦接在所述第一节点和第2N个第一中间节点之间，第r个第一飞跨电容耦接在第r个第一中间节点和第2N-r个第一中间节点之间，第N个第一中间节点耦接所述正输出端，r小于N，N大于等于1。


6.根据权利要求5所述的功率变换器，其特征在于：所述第二开关电容电路包括串联连接的2N+1个第六功率开关和N个第二飞跨电容，所述2N+1个第六功率开关依次串联在所述第二节点和地电位之间，以形成2N个第二中间节点，第N个第二飞跨电容耦接在所述第二节点和第2N个第二中间节点之间，第r个第二飞跨电容耦接在第r个第二中间节点和第2N-r个第二中间节点之间，第N个第二中间节点耦接所述正输出端，r小于N，N大于等于1。


7.根据权利要求6所述的功率变换器，其特征在于：
所述第一开关电容电路还包括与N个第一飞跨电容一一对应的N个第一电感，N个第一电感分别与对应的第一飞跨电容串联耦接；
所述第一开关电容电路还包括与N个第二飞跨电容一一对应的N个第二电感，N个第二电感分别与对应的第二飞跨电容串联耦接。


8.根据权利要求7所述的功率变换器，其特征在于：所述功率变换器还包括第一磁性元件，所述第一磁性元件与所述第一储能元件串联耦接。


9.根据权利要求6或7或8所述的功率变换器，其特征在于：控制所述第一功率开关、所述第二功率开关、所述第三功率开关、所述第四功率开关、每个第五功率开关和每个第六功率开关的开关状态，以使得所述输出电压等于所述输入电压的1/(2*(N+1))。


10.根据权利要求9所述的功率变换器，其特征在于：所述第一功率开关、所述第三功率开关、前N个所述第五功率开关、所述第二功率开关、所述第四功率开关和前N个所述第六功率开关的占空比相同，且占空比＝1/(N+1)。


11.根据权利要求9所述的功率变换器，其特征在于：第2N+1个第五功率开关和所述第二功率开关的开关状态互补，第2N-n+1个第五功率开关和第n个第五功率开关的开关状态互补，第2N+1个第六功率开关和所述第三功率开关的开关状态互补，第2N-n+1个第六功率开关和第n个第六功率开关的开关状态互补，n不大于N。


12.根据权利要求9所述的功率变换器，其特征在于：所述第一功率开关和所述第三功率开关的开关状态相同，所述第二功率开关和所述第四功率开关的开关状态相同，错相控制所述第一功率开关和所述第二功率开关的开关状态，使得所述第一功率开关和第二功率开关的导通时序之间的相位差为360°/(N+1)。


13.根据权利要求9所述的功率变换器，其特征在于：
依次错相控制所述第二功率开关和第1个第五功率开关至第N个第五功率开关中相邻两个功率开关的开关状态，使得所述第二功率开关和第1个第五功率开关至第N个第五功率开关中相邻两个功率开关的导通时序之间的相位差为360°/(N+1)；以及
依次错相控制所述第三功率开关和第1个第六功率开关至第N个第六功率开关中相邻两个功率开关的开关状态，使得所述第三功率开关和第1个第六功率开关至第N个第六功率开关中相邻两个功率开关的导通时序之间的相位差为360°/(N+1)。


14.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于：所述第一节点和所述第二节点耦接在一起。


15.根据权利要求14所述的功率变换器，其特征在于：所述第一开关电容电路包括串联连接的2N个第五功率开关、N-1个第一飞跨电容和N-1个第一电感，所述2N个...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙俊彦，张望，
申请(专利权)人：南京矽力微电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32