[发明专利]具有降低的开关损耗的升压转换器

说明书

技术领域

本发明的主题涉及功率转换装置和方法，并且更具体地涉及升压转换器电路及其操作方法。

背景技术

升压转换器用于各种各样的应用中，诸如用于电机驱动和用于太阳能和风力发电机的接口。许多这种应用需要将输入电压升压至高得多的电压。例如，太阳能应用可能需要将由太阳能串产生的相对低的电压升压到耦合至电力网的逆变器所需要的高得多的电压。

已经开发了各种转换器配置以提供这种高电平升压。这些转换器布置包括包含多个升压级的级联升压电路以及耦合电感器、交错并且多电平的升压转换器布置。这种常规的升压转换器可能由于过度开关损耗而遭受降低的效率和/或可能对晶体管和电路的其它部件施加应力。

发明内容

一些实施例提供了一种装置，其包括被配置为耦合至电感器并支持电感器中的充电电流的第一开关。装置还包括至少两个串联耦合的第二开关，该第二开关与第一开关并联耦合并且被配置为将电流从电感器选择性地路由至至少两个串联连接的电容器。装置还可以包括被配置为操作第一开关和多个第二开关的控制电路。在一些实施例中，控制电路可以被配置为操作第一开关以使电感器充电以及操作至少两个串联耦合的第二开关以从电感器选择性地对至少两个串联耦合的电容器充电，并且从而在与至少两个串联耦合的电容器并联耦合的负载两端形成电压。

控制电路可以被配置为以比至少两个串联耦合的第二开关中的每一个第二开关更高的频率操作第一开关。控制电路还可以被配置为将至少两个串联耦合的第二开关的开关约束为在生成负载两端的电压时在大约零伏特处发生。控制电路还可以被配置为将第一开关两端的电压限制为小于负载两端的电压的大约一半。

在一些实施例中，控制电路可以被配置为闭合第一开关以使电感器充电，在至少两个串联耦合的第二开关中的第一个开关打开并且至少两个串联耦合的第二开关中的第二个开关闭合的同时打开第一开关以使电感器放电至至少两个串联耦合的电容器中的第一个电容器，闭合第一开关以使电感器再次充电，以及在至少两个串联耦合的第二开关中的第二个开关打开并且至少两个串联耦合的第二开关中的第一个开关闭合的同时打开第一开关以使电感器放电至至少两个串联耦合的电容器中的第二个电容器。控制电路可以被配置为在第一开关闭合时改变至少两个串联耦合的第二开关的状态。

在一些实施例中，第一开关可以包括第一类型的晶体管，并且至少两个串联耦合的第二开关可以是第二类型的晶体管。例如，在一些实施例中，第一开关可以包括碳化硅(SiC)场效应晶体管(FET)，并且至少两个串联耦合的第二开关可以包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)。

装置可以包括电感器以及至少两个串联耦合的电容器。装置还可以包括整流器电路，其被配置为使至少两个串联耦合的第二开关耦合至至少两个串联耦合的电容器。

本发明主题的另外实施例提供了升压转换器，包括：电感器，具有被配置为耦合至电源的第一端子；FET，耦合在电感器的第二端子与电源之间；至少两个串联耦合的电容器，被配置为与负载并联耦合；至少两个串联耦合的双极晶体管，与FET并联耦合并且被配置为使至少两个串联耦合的电容器选择性地耦合至电感器；整流器电路，被配置为使至少两个串联耦合的双极晶体管耦合至至少两个串联耦合的电容器；以及控制电路，被配置为操作FET和至少两个串联耦合的双极晶体管以使电感器充电并将来自电感器的能量选择性地传递至至少两个串联耦合的电容器。

在一些实施例中，控制电路可以被配置为接通FET以使电感器充电，在至少两个串联耦合的双极晶体管中的第一个双极晶体管断开并且至少两个串联耦合的双极晶体管中的第二个双极晶体管导通的同时关断FET以使电感器放电至至少两个串联耦合的电容器中的第一个电容器，接通FET以使电感器再次充电，以及在双极晶体管中的第二个双极晶体管断开并且至少两个串联耦合的双极晶体管中的第一个双极晶体管导通的同时关断FET以使电感器放电至至少两个串联耦合的电容器中的第二个电容器。控制电路可以被配置为在FET导通时改变至少两个第二双极晶体管的状态。控制电路可以被配置为在用于FET的栅极信号转变之后将用于至少两个串联耦合的双极晶体管的栅极信号的转变延迟至少大约FET的接通时间那么久的时间段。

控制电路还可以被配置为将至少两个串联耦合的双极晶体管的开关约束为在大约零伏特处发生。控制电路还可以被配置为将FET两端的电压限制为小于负载两端的电压的大约一半。

在一些实施例中，FET可以包括SiC MOSFET。在另外的实施例中，双极晶体管可以包括IGBT。