[发明专利]多电平直流转换器及供电系统

说明书

本申请提供了一种多电平直流转换器及供电系统，该多电平直流转换器包括直流变换单元、开关单元、电压管理单元以及控制器。其中，直流变换单元包括飞跨电容、第一功率管和第二功率管，第一功率管的第一端连接多电平直流转换器的电压输入端，第一功率管的第二端通过飞跨电容连接第二功率管的第一端，第二功率管的第二端连接参考地。控制器在检测到电压输入端的输入电压从初始电压开始上升时，控制开关单元导通电压管理单元第一功率管的连接，以通过电压管理单元向第一功率管输出预设电压，并且控制第二功率管导通，从而实现对飞跨电容充电。采用本申请，整个飞跨电容的充电过程无需额外充电器件，结构简单，电路成本低。

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种多电平直流转换器及供电系统。

背景技术

根据开关点的电平状态，直流-直流转换器(Direct current-Direct currentconverter，DC/DC转换器)可以分为两电平拓扑和多电平拓扑两种。两电平拓扑的开关点电平为0和输入电压，而多电平拓扑的开关点电平则有超过两种电平。

飞跨电容钳位型三电平直流转换器(简称三电平直流转换器)是多电平拓扑的DC/DC转换器中的一种，其特点在于通过飞跨电容储存一半输入电压，从而使开关点电压有0、1/2输入电压和输入电压三种电平状态，其每次开关的变化幅度变为1/2输入电压，可以使用低耐压高性能器件来提升系统性能。三电平直流转换器启动时，在功率管开始开关前需将飞跨电容电压预充至1/2输入电压，以保证三电平直流转换器的正常工作。

目前，如图1所示的三电平直流转换器，主要是通过电流源I_in和I_out构成飞跨电容Cf的充电回路。具体实现如下：在通过I_in对Cf的上板进行充电时，利用I_out从Cf的下板等量放量，同时通过反馈电路控制Cf的下板电压，保证I_in和I_out之间有足够的电压余度，从而实现对Cf的充电。但是，上述方式需要额外的电流源和反馈电路，此外，还需要检测电路在检测到Cf完成预充电后停止对Cf的充电，结构复杂，电路成本高。

发明内容

本申请提供了一种多电平直流转换器及供电系统，多电平直流转换器可通过配置自身已有的功率管构成飞跨电容的充电回路，从而实现对飞跨电容的预充电，无需额外充电器件，结构简单，电路成本低。

第一方面，本申请提供了一种多电平直流转换器，该多电平直流转换器包括直流变换单元、开关单元、电压管理单元以及控制器。其中，直流变换单元包括飞跨电容和串联的至少两个功率管，至少两个功率管包括第一功率管和第二功率管，第一功率管的第一端连接多电平直流转换器的电压输入端，第一功率管的第二端通过飞跨电容连接第二功率管的第一端，第二功率管的第二端连接参考地。电压管理单元的输出端通过开关单元连接第一功率管的第三端，控制器连接开关单元和第二功率管的第三端。控制器在检测到电压输入端的输入电压从初始电压开始上升时，控制开关单元导通电压管理单元第一功率管的连接，以通过电压管理单元向第一功率管输出预设电压，并且控制第二功率管导通，从而通过电压管理单元、第一功率管和第二功率管构成的充电回路为飞跨电容充电，整个飞跨电容的充电过程无需额外充电器件，结构简单，电路成本低，适用性强。

结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，电压管理单元为电压跟随器，电压跟随器的正相输入端的输入电压由电压输入端的输入电压确定，电压跟随器的反相输入端与第一功率管的第二端相连，电压跟随器的输出端作为电压管理单元的输出端。由于该电压跟随器结构简单，节省面积，适用性强。