一种可控多电平Buck变换器及其控制方法

摘要

本发明提供了一种可控多电平Buck变换器及其控制方法，多电平Buck变换器由功率部分和控制部分构成，功率部分采用模块化设计，由输入电源、多个单体模块、滤波部分及负载构成，控制部分由检测调理模块和FPGA控制器模块构成。在原有的固定电平的基础上，提出的一种可控的多电平Buck变换器的控制方法，根据输入电压的不同等级改变电平数量，改进了传统的多电平中因电平数量固定而造成的无法实现全电压范围内高效率输出的工作特性，提高了多电平Buck变化器的效率、功率密度并且便于后期维护，对于航空航天领域以及新能源中风能、太阳能等相对于环境变化输出功率比较敏感的场合都具有较高的实际应用价值。

主权项

一种可控多电平Buck变换器，其特征在于：由功率部分和控制部分构成，功率部分由输入电源、p个单体模块、滤波部分及负载构成，控制部分由检测调理模块和FPGA控制器模块构成，p为整数且p≥1；其中，每个单体模块都是一个Buck单体单元，包括功率MOSFET开关管、功率快恢复二级管和飞跨电容，功率MOSFET开关管的漏极与飞跨电容的正极相连，飞跨电容的负极与功率快恢复二级管的阳极相连；滤波部分包括滤波电感L和滤波电容C；输入电源的正极与单体模块p中功率MOSFET开关管Q_p的漏极相连，输入电源的负极与单体模块p中功率快恢复二极管D_p的阳极相连，同时与负载R的负极相连；单体模块1中功率MOSFET开关管Q₁的源极与滤波电感L的正极相连，功率快恢复二级管D₁的阴极同时也与滤波电感L的正极相连；单体模块k中功率MOSFET开关管Q_k的源极与单体模块k‑1中功率MOSFET开关管Q_k‑1的漏极以及飞跨电容C_k‑1的正极相连，单体模块k中功率快恢复二极管D_k的阴极与单体模块k‑1中功率快恢复二极管D_k‑1的阳极以及飞跨电容C_k‑1的负极相连；每个单体模块之间的连接关系与单体模块k和单体模块k‑1的连接关系相同，k为整数且1<k<p；滤波电感L的负极与滤波电容C的正极以及负载R的正极相连，滤波电容C的负极与负载R的负极相连；控制部分的检测调理模块为利用电压传感器分别检测输入电压V_in、输出电压V_o和p‑1个飞跨电容电压V_c1…V_cp‑1，将电压传感器采集到的各个电压信号分别经过各个调理电路后输入到各自的A/D采样芯片中，将模拟量转变成数字量后输入到FPGA控制器模块；FPGA控制器进行算法控制，输出p路PWM信号，各路PWM信号分别经过各自的驱动电路后控制各个功率MOSFET开关管的开通与关断。