基于多谐振开关槽式电路与Buck-Boost电路的降压变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种DC/DC降压变换器，该变换器由多谐振开关槽式电路(MRSTC)与四管Buck

Buck converter based on multi resonant switch slot circuit and buck boost circuit

【技术实现步骤摘要】
基于多谐振开关槽式电路与Buck
‑
Boost电路的降压变换器


[0001]本专利技术涉及直流
‑
直流变换器领域，具体涉及一种降压DC/DC变换器。

技术介绍

[0002]随着大数据、云计算、物联网的发展，数据中心供电系统对高效率和高功率密度DC/DC变换器的需求日益增长。谐振开关电容变换器，实现了储能电容的软充放电，消除了传统开关电容变换器在开关瞬间存在电压电流尖峰的问题，兼具轻重量、小体积、高效率、高功率密度以及可集成等优点，在数据中心供电系统等场合中得以应用。
[0003]限制谐振开关电容变换器发展的问题主要有：
[0004](1)输出电压和输入电压之间的变比由谐振开关电容单元级数决定，当输入电压或负载变化时，输出电压不可调。如果采用两级式结构实现调压，会牺牲变换器的效率。
[0005](2)大规模生产应用中，无源器件参数存在差异，尤其是作为储能元件的电容存在容差，会导致不同谐振槽的谐振频率与开关频率不匹配，造成不良功率循环，降低变换器的效率。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于多谐振开关槽式电路(MRSTC)与四管Buck
‑
boost电路(FSBB)的降压DC/DC变换器，该变换器保留了传统谐振开关电容变换器高功率密度、高效率的优点，能够实现输出电压的闭环控制，对无源器件参数的差异具有抗扰性。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0008]一种DC/DC降压变换器，由多谐振开关槽式电路(MRSTC)与四管Buck
‑
boost电路(FSBB)输入侧串联输出侧并联构成。
[0009]MRSTC包括4个主开关管Q
1a
、Q
1b
、Q
2a
、Q
2b
，6个同步整流开关管Q
3a
、Q
3b
、Q
4a
、Q
4b
、Q
5a
、Q
5b
，2个谐振电容C1和C3，2个谐振电感L1和L3，2个旁路电容C
r1
和C
r3
，以及1个钳位电容C2；
[0010]FSBB包括4个开关管Q
A
、Q
B
、Q
C
、Q
D
，电容C
b
与电感L
b
；
[0011]Q
1a
的电流输入端与电压源的正极电气连接；Q
1a
、Q
1b
、Q
2a
、Q
2b
之间的电流输出端和电流输入端依次电气连接。Q
3a
的电流输出端与Q
3b
的电流输入端电气连接、Q
3b
的电流输出端与电压源的负极电气连接；Q
4b
的电流输出端与Q
4a
的电流输入端电气连接、Q
4a
的电流输出端与电压源的负极电气连接；Q
5a
的电流输出端与Q
5b
的电流输入端电气连接、Q
5b
的电流输出端与电压源的负极电气连接。
[0012]C1的一端与Q
1a
的电流输出端电气连接；C2的一端与Q
1b
的电流输出端电气连接；C2的另一端与Q
4a
的电流输入端电气连接；C3的一端与Q
2a
的电流输出端电气连接；L1的一端与C1的另一端电气连接、L1的另一端与Q
3b
的电流输入端电气连接；L3的一端与C3的另一端电气连接、L3的另一端与Q
5b
的电流输入端电气连接；C
r1
的一端与Q
1a
的电流输出端电气连接；C
r1
的另一端与Q
3b
的电流输入端电气连接；C
r3
的一端与Q
2a
的电流输出端电气连接；C
r3
的另一端与Q
5b
的电流输入端电气连接。
[0013]C
b
的一端与Q
2b
的电流输出端电气连接；C
b
的另一端与电压源的负极电气连接；电感L
b
的一端与Q
A
的电流输出端电气连接；电感L
b
的另一端与Q
D
的电流输入端电气连接；Q
A
的电流输入端与Q
2b
的电流输出端电气连接；Q
A
的电流输出端与Q
B
的电流输入端电气连接；Q
B
的电流输出端与电压源的负极电气连接；Q
C
的电流输出端与电压源的负极电气连接；Q
C
的电流输入端与Q
D
的电流输出端电气连接。
[0014]Q
3a
、Q
4b
、Q
5a
的电流输入端作为MRSTC的输出端；Q
D
的电流输入端作为FSBB的输出端；Q
3a
、Q
4b
、Q
5a
和Q
D
的电流输入端电气连接，向负载供电。
[0015]谐振开关槽式电路(MRSTC)中，参数设计时满足如下约束：C1与C3容值相等；C
r1
和C
r3
容值相等；L1和L3感值相等；C
r1
＜＜C1＜＜C2。记C1与L1的谐振频率为f0，
[0016][0017]Q
1a
、Q
2a
、Q
3a
、Q
4a
、Q
5a
同步开通或关断，Q
1b
、Q
2b
、Q
3b
、Q
4b
、Q
5b
同步开通或关断，且Q
1a
和Q
2a
互补导通，导通占空比相同，接近50％，存在一定的死区时间t
d
，开关频率为f
sw
，MRSTC电路采用定频控制，工作在开环模式，令电压增益固定；所述MRSTC电路的定频控制，需满足如下约束：f
sw
≥f0且
[0018]FSBB中，Q
A
与Q
B
互补导通，占空比为d1，Q
C
与Q
D
互补导通，占空比为d2，通过控制占空比d1与d2，实现电压的闭环调节。FSBB采用引入输入电压前馈支路的输出电压闭环控制：先采样输出电压和电压基准作比较，送入电压调节器；再引入输入电压前馈支路，与电压调节器的输出信号叠加，然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多谐振开关槽式电路与Buck
‑
Boost电路的降压变换器，由多谐振开关槽式电路与四管Buck
‑
boost电路输入侧串联输出侧并联构成，其特征在于：包括(1)多谐振开关槽式电路(MRSTC)与(2)四管Buck
‑
boost电路(FSBB)；所述(1)多谐振开关槽式电路(MRSTC)，包含4个主开关管Q
1a
、Q
1b
、Q
2a
、Q
2b
，6个同步整流开关管Q
3a
、Q
3b
、Q
4a
、Q
4b
、Q
5a
、Q
5b
，2个谐振电容C1和C3，2个谐振电感L1和L3，2个旁路电容C
r1
和C
r3
，以及1个钳位电容C2；Q
1a
的电流输入端与电压源的正极电气连接；Q
1a
、Q
1b
、Q
2a
、Q
2b
之间的电流输出端和电流输入端依次电气连接；Q
3a
的电流输出端与Q
3b
的电流输入端电气连接、Q
3b
的电流输出端与电压源的负极电气连接；Q
4b
的电流输出端与Q
4a
的电流输入端电气连接、Q
4a
的电流输出端与电压源的负极电气连接；Q
5a
的电流输出端与Q
5b
的电流输入端电气连接、Q
5b
的电流输出端与电压源的负极电气连接；C1的一端与Q
1a
的电流输出端电气连接；C2的一端与Q
1b
的电流输出端电气连接；C2的另一端与Q
4a
的电流输入端电气连接；C3的一端与Q
2a
的电流输出端电气连接；L1的一端与C1的另一端电气连接、L1的另一端与Q
3b
的电流输入端电气连接；L3的一端与C3的另一端电气连接、L3的另一端与Q
5b
的电流输入端电气连接；C
r1
的一端与Q
1a
的电流输出端电气连接；C
r1
的另一端与Q
3b
的电流输入端电气连接；C
r3
的一端与Q
2a
的电流输出端电气连接；C
r3
的另一端与Q
5b
的电流输入端电气连接；所述(2)四管Buck
‑
boost电路(FSBB)，包含4个开关管Q
A
、Q
B
、Q
C
、Q
D
，电容C
b
与电感L
b
；C
b
的一端与Q
2b
的电流输出端电气连接；C
b
的另一端与电压源的负极电气连接；电感L
b
的一端与Q
A
的电流输出端电气连接；电感L
...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴瑞然，马运东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：