一種橋式多電平開關(guān)電容變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及開關(guān)功率變換器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種橋式多電平開關(guān)電容變換器，用于保證變換器中所有開關(guān)管零電流開通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)減少開關(guān)損耗和減小EMI問題的目的。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著70年代后期電力電子技術(shù)飛速發(fā)展，集成技術(shù)的成熟以及制造技術(shù)的進(jìn)步，使家用電子設(shè)備向小型化多功能化發(fā)展。對電力電子器件的體積和功率要求隨之變高。傳統(tǒng)的感性開關(guān)變換器由于其感性器件較大的體積和EMI影響，越來越不能滿足現(xiàn)代科技的發(fā)展趨勢。雖然現(xiàn)在片狀電感已經(jīng)問世，但是其高成本和體積仍然不能和電容相比。
[0003]開關(guān)電容變換器因其中不含儲能電感這一有別于傳統(tǒng)變換器鮮明特征，具有體積小，效率高，功率密度大，且能適應(yīng)較高工作環(huán)境，減低對散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求等優(yōu)點(diǎn)，因而成為當(dāng)今能源變換器的熱門候選。然而傳統(tǒng)的開關(guān)電容變換器具有開關(guān)電流大，EMI問題嚴(yán)重，輸出電壓特性調(diào)節(jié)不好等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提出一種具有開關(guān)損耗小，EMI問題小，輸出電壓易于調(diào)節(jié)的橋式多電平開關(guān)電容變換器。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種橋式多電平開關(guān)電容變換器，其特征在于:包括
[0007]主電路拓?fù)?，包括第一場效?yīng)管橋臂、第二場效應(yīng)管橋臂，第一電容橋臂、第二電容橋臂、第一開關(guān)二極管、第二開關(guān)二極管、第三開關(guān)二極管和第四開關(guān)二極管；該第一場效應(yīng)管橋臂和第二場效應(yīng)管橋臂的正負(fù)端均并聯(lián)于直流功率電源的兩端；該第一電容橋臂正負(fù)端分別通過第一開關(guān)二極管和第二開關(guān)二極管并聯(lián)于第二場效應(yīng)管橋臂的正負(fù)端，該第二電容橋臂正負(fù)端分別通過第三開關(guān)二極管和第四開關(guān)二極管并聯(lián)于第一電容橋臂正負(fù)端，該第二電容橋臂的正負(fù)端作為輸出電壓的正負(fù)端；第一場效應(yīng)管橋臂的中點(diǎn)與第二電容橋臂的中點(diǎn)相連；
[0008]電壓采樣電路，其輸入端與主電路拓?fù)涞妮敵鲭妷赫?fù)端相連，輸出端連接PI調(diào)節(jié)與移相控制模塊；
[0009]DSP控制電路，設(shè)有四個與驅(qū)動形成與放大電路相連的PWM信號輸出端，用于將輸入電壓與參考電壓進(jìn)行處理后輸出四路PWM信號以分別控制各個場效應(yīng)管的工作狀態(tài)及電源模塊；并設(shè)置成第一場效應(yīng)管橋臂上的場效應(yīng)管為50%占空比互補(bǔ)導(dǎo)通，第二場效應(yīng)管橋臂中場效應(yīng)管的開通信號相位滯后第一場效應(yīng)管橋臂中場效應(yīng)管的開通信號相位180°，第二場效應(yīng)管橋臂中的場效應(yīng)管的關(guān)斷信號相位超前第一場效應(yīng)管橋臂中的場效應(yīng)管關(guān)斷信號；
[0010]驅(qū)動形成與放大電路，包括有四個PWM信號輸入端和五個驅(qū)動信號輸出端以將PWM信號進(jìn)行隔離和放大處理后產(chǎn)生對應(yīng)的驅(qū)動信號，其中四個驅(qū)動信號輸出端一一對應(yīng)連接第一場效應(yīng)管橋臂和第二場效應(yīng)管橋臂中的場效應(yīng)管的柵極和源極；另一驅(qū)動信號連接電源模塊中反激變換器中的場效應(yīng)管。
[0011]直流功率電源為電源模塊，用于為主電路拓?fù)涮峁╇娫摧斎?，并輸出二次電源為電壓采樣電路、DSP控制電路和驅(qū)動電路提供電源。
[0012]優(yōu)選的，所述第一場效應(yīng)管橋臂包括第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管；該第一場效應(yīng)管的源極與第二場效應(yīng)管的漏極相連且作為該第一場效應(yīng)管橋臂的中點(diǎn)，該第一場效應(yīng)管的漏極和源極之間及第二場效應(yīng)管的漏極和源極之間均連接有一二極管；該第一場效應(yīng)管的漏極和第二場效應(yīng)管的源極分別作為第一場效應(yīng)管橋臂的正端和負(fù)端。
[0013]優(yōu)選的，所述第二場效應(yīng)管橋臂包括第三場效應(yīng)管和第四場效應(yīng)管，該第三場效應(yīng)管的源極與第四場效應(yīng)管的漏極相連，該第三場效應(yīng)管的漏極和源極之間及第四場效應(yīng)管的漏極和源極之間均連接有一二極管，該第三場效應(yīng)管的漏極和第四場效應(yīng)管的源極分別作為第二場效應(yīng)管橋臂的正端和負(fù)端。
[0014]優(yōu)選的，所述第一電容橋臂包括串聯(lián)的第一電容和第二電容，該第一電容的正端與所述第一開關(guān)二極管負(fù)端相連，該第二電容的負(fù)端與所述第二開關(guān)二極管的正端相連。
[0015]優(yōu)選的，所述第二電容橋臂包括串聯(lián)的第三電容和第四電容，該第三電容的正端與所述第三開關(guān)二極管負(fù)端相連，該第四電容的負(fù)端與所述第四開關(guān)二極管的正端相連，該第三電容的負(fù)端與第四電容的正端相連且作為該第二電容橋臂的所述中點(diǎn)。
[0016]優(yōu)選的，所述DSP控制器包括加法器、PI調(diào)節(jié)器、限幅單元、移相控制器、第一比較器、第二比較器、第三比較器和第四比較器；該第一比較器的輸入端連接參考電壓，其比較寄存器的值保持不變，使其輸出端輸出50%占空比的固定頻率的PWM信號；該加法器設(shè)有與電壓采樣電路相連的第一輸入端及連接參考電壓的第二輸入端，其輸出端連接PI調(diào)節(jié)器的輸入端；該？1調(diào)節(jié)器的輸出端連接限幅單元輸入端；該限幅單元的輸出端連接移相控制器輸入端；該移相控制器的輸出端分別連接第二比較器的輸入端和第三比較器的輸入端；通過移相控制器提供的輸入量來調(diào)整第二比較器與第三比較器中的比較寄存器的值，同時通過設(shè)置第二比較器和第三比較器不同的動作方式，使其輸出端分別輸出所需的PWM信號；該第四比較器的輸入端連接參考電壓，其輸出端輸出PWM信號。
[0017]優(yōu)選的，所述驅(qū)動形成與放大電路包括四個與所述PWM信號輸出端分別相連的光親合開關(guān)及第一驅(qū)動芯片、第二驅(qū)動芯片和第三驅(qū)動芯片，其中一光親合開關(guān)的一輸出端連接第一驅(qū)動芯片，該光親合開關(guān)的另一輸出端經(jīng)一非門連接第一驅(qū)動芯片，該第一驅(qū)動芯片設(shè)有兩驅(qū)動信號輸出端；其中兩光耦合開關(guān)的輸出端均連接第二驅(qū)動芯片，該第二驅(qū)動芯片設(shè)有對應(yīng)的兩個驅(qū)動信號輸出端，最后一光耦合開關(guān)的輸出端連接第三驅(qū)動芯片，該第三驅(qū)動芯片的輸出連接電源模塊。
[0018]優(yōu)選的，所述電源模塊包括反激變換器及兩組穩(wěn)壓芯片；反激變換器場效應(yīng)管驅(qū)動信號來自驅(qū)動放大電路第三驅(qū)動芯片輸出；該反激變換器輸入端還連接直流功率電源，其輸出端連接其中一組穩(wěn)壓芯片構(gòu)成所述光耦合開關(guān)的后供電電源；該直流功率電源還連接另一組穩(wěn)壓芯片構(gòu)成所述光耦合開關(guān)的前供電電源。
[0019]由上述對本發(fā)明的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0020]1、本發(fā)明本發(fā)明電路利用了電路雜散電感而不需要添加其他感性元件，可有效縮小變換器的體積。
[0021]2、本發(fā)明采用閉環(huán)的移相控制方式可有效調(diào)節(jié)輸出電壓。
[0022]3、本發(fā)明在移相控制方式中引入諧振過程，實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，有效地減小了電路的開關(guān)損耗和EMI問題。
[0023]4、本發(fā)明既可應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品的電源，也可應(yīng)用于其他需要直流一直流(DC/DC)變換的中小型功率場合。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明第一至第四場效應(yīng)管(S1、S2、S3、S4)的脈沖觸發(fā)圖。
[0025]圖2為本發(fā)明的主電路拓?fù)鋱D。
[0026]圖3為本發(fā)明的DSP控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖4為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)框圖。
[0028]圖5為本發(fā)明的電壓采樣電路原理圖。
[0029]圖6為本發(fā)明的DSP控制器管腳示意圖。
[0030]圖7為本發(fā)明的驅(qū)動電路原理圖。
[0031]圖8為本發(fā)明電源模塊的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下通過【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0033]參照圖2、圖3，一種橋式多電平開關(guān)電容變換器，包括:
[0034]主電路拓?fù)?，包括第一場效?yīng)管橋臂、第二場效應(yīng)管橋臂，第一電容橋臂、第二電容橋臂、第一開關(guān)二極管Dla、第二開關(guān)二極管Dlb、第三開關(guān)二極管D2a和第四開關(guān)二極管D2b。該第一場效應(yīng)管橋臂和第二場效應(yīng)管橋臂的正負(fù)端均并聯(lián)于直流功率電源VIN的兩端；該第一電容橋臂正負(fù)端分別通過第一開關(guān)二極管Dla和第二開關(guān)二極管Dlb并聯(lián)于第二場效應(yīng)管橋臂的正負(fù)端，該第二電容橋臂正負(fù)端分別通過第三開關(guān)二極管D2a和第四開關(guān)二極管并聯(lián)于第一電容橋臂正負(fù)端，該第二電容橋臂的正負(fù)端作為輸出電壓Vtl的正負(fù)端；第一場效應(yīng)管橋臂的中點(diǎn)與第二電容橋臂的中點(diǎn)相連。
[0035]具體的，第一場效應(yīng)管橋臂包括第一