CN113098294A - 串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种串联电容直流‑直流转换器的零电压开关实现装置，包括：功率降压电路，用于将高压直流电转换为交流电；ZVS电路，用于对功率降压电路的开关节点的寄生电容进行充放电；输出滤波电路，用于将功率降压电路提供的交流电稳定为直流电，为输出负载提供能量；以及零电压检测及死区时间控制电路，用于检测ZVS电路是否完成及产生相应的死区时间，包括零电压检测模块和死区时间控制电路。

Description

串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置
技术领域
本公开涉及电路技术领域，尤其涉及一种串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置。
背景技术
现有的高压直流-直流转换器由于使用高压功率开关，导致开关节点存在很大的寄生电容，因此需要采用ZVS(Zero-Voltage Switching，零电压开关)技术来提高转换效率。
传统的谐振式直流-直流转换器，可以实现功率开关的ZVS，但往往需要采用耐压值更高的功率开关。而一般耐压值越高的功率开关，导通电阻和寄生电容越大，会带来更大的导通损耗与开关损耗，恶化能量转换效率。串联电容直流-直流转换器具有降低功率开关耐压值，提高占空比等优点，被广泛应用在高压直流-直流转换器中。由于输入电源电压较高，功率开关一般需要采用高压MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金属氧化物半导体)管，导致开关节点存在较大的寄生电容，开关切换时，寄生电容上的电荷将被放电而浪费，严重降低了转换效率。为提高转换器的效率，现有的串联电容直流-直流转换器需要采用ZVS技术。
如图1所示为串联电容直流-直流转换器利用外加电感电容的谐振作用实现ZVS的结构示意图【参考文献Tu C，Chen R，Ngo K.Series-Resonator Buck Converter-Viability Demonstration[J]，IEEE Transactions on Power Electronics，2021，PP(99)：1-1.】。电感LZVS与电容CZVS构成谐振电路101，SAH、SAL、SBH、SBL是转换器的功率开关，在开关节点SWA、SWB、SWC点的寄生电容分别为CAL、CBL和CCL。当功率开关切换时，开关节点较大的电压变化会使功率开关有较大的电流流过，严重增加了功率开关的开关损耗和电流压力。而在飞电容CFly和开关节点SWA之间接上由电感LZVS和电容CZVS组成的ZVS电路101以挽回功率开关的开关损耗和降低电流压力。其工作原理为：功率开关打开之前，开关节点寄生电容通过LZVS和CZVS组成的ZVS电路完成充放电。图2为图1所示的串联电容直流-直流转换器实现ZVS的关键波形。以功率开关SAH实现ZVS为例，LZVS和CZVS谐振时，谐振电路101通过飞电容CFly对SWC点寄生电容CCL进行充电，由于CFly两端电压差保持在Vin/2，因此当t8时刻，CZVS两端电压VCZVS达到Vin/2时，ZVS电路完成对CCL的充电至Vin，SAH以零电压打开，开启损耗显著降低。其它功率开关实现ZVS的工作原理与SAH相同。如图2所示，LZVS与CZVS谐振时，VCZVS变化范围为-Vin/2～+Vin/2，所有的功率开关均需要采用耐压值为Vin的高压器件，SAH、SAL、SBL功率开关电压压力增大了一倍。未实现ZVS的串联电容直流-直流转换器，只有SBH需要采用耐压值为Vin的高压器件，其它三个功率开关耐压值仅为Vin/2。一般耐压值越高的功率开关，导通电阻和寄生电容越大，会带来更大的导通损耗与开关损耗，恶化能量转换效率。因此，谐振式ZVS技术会增加功率开关的电压压力，从而减弱ZVS技术带来的效率优势。
发明内容
(一)要解决的技术问题
基于上述问题，本公开提供了一种串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置，以缓解现有技术中谐振式ZVS技术会增加功率开关的电压压力，从而减弱ZVS技术带来的效率优势等技术问题。
(二)技术方案
本公开提供一种串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置，包括：功率降压电路，用于将高压直流电转换为交流电，包括：功率开关SAH，与输入电压Vin相连；飞电容CFly，一端通过开关节点SWC与所述功率开关SAH相连；功率开SAL，通过开关节点SWA与所述飞电容CFly的另一端相连；功率开关SBH，通过开关节点SWC与所述功率开关SAH相连；以及功率开关SBL，通过开关节点SWB与所述功率开关SBH相连；ZVS电路，用于对功率降压电路的开关节点的寄生电容进行充放电，所述ZVS电路的两端分别与所述开关节点SWA和开关节点SWB相连，包括串联设置的电感LZVS以及电容CZVS；输出滤波电路，用于将功率降压电路提供的交流电稳定为直流电，为输出负载提供能量，包括：分别连接于所述ZVS两端且并联设置的电感LA和电感LB；以及电容C，与电感LA和电感LB相连；以及零电压检测及死区时间控制电路，用于检测ZVS电路是否完成及产生相应的死区时间，包括零电压检测模块和死区时间控制电路。
根据本公开实施例，在状态1时，由电感LZVS和LA的电流差值为开关节点SWA和SWC的寄生电容CAL和CCL充电，对功率开关SAH处的寄生电容CAH进行放电，由于飞电容CFly两端电压保持在输入电压的一半，开关节点SWC的电位随着开关节点SWA的电位逐渐上升。
根据本公开实施例，在状态2时，开关节点SWA点电位上升至输入电压的一半，SWC点电位上升至输入电压，零电压检测模块检测到功率开关SAH源漏两端电压差为0后，死区时间控制电路控制SAH打开，开关节点SWA的电位比SWB点电位高，电感LZVS对应的电流iLZVS的电流由SWB流向SWA并逐渐减小至0后反向。
根据本公开实施例，在状态3时，功率开关SAH关断，电感LZVS对应的电流iLZVS与电感LA电流方向相同，寄生电容CAL和CCL放电，寄生电容CAH充电。
根据本公开实施例，在状态4时，功率开关SAL开启，由SAL的源极流向漏极的电流等于流过电感LA、LB和功率开关SBL的电流之和，电感LZVS的电流大于电感LB的电流。
根据本公开实施例，在状态5时，功率开关SBL关断，电感LZVS与LB的电流差值为开关节点SWB的寄生电容CBL充电，对功率开关SBH的寄生电容CBH进行放电，开关节点SWB点的电位逐渐上升。
根据本公开实施例，在状态6时，零电压检测及死区时间控制电路检测到开关节点SWB的电位上升至功率开关SBH的漏极电位Vin/2，死区时间控制电路控制功率开关SBH打开；开关节点SWB的电位比开关节点SWA点电位高，由SWA流向SWB的ZVS电感电流iLZVS逐渐减小至0后反向。
根据本公开实施例，在状态7时，功率开关SBH关断，电感LZVS对应的电流iLZVS与电感LB电流方向相同，寄生电容CBL放电，寄生电容CBH充电。
根据本公开实施例，在状态8时，功率开关SBL开启，由功率开关SBL的源极流向漏极的电流等于流过电感LA、LB和功率开关SAL的电流之和，电感LZVS对应的电流iLZVS大于电感LA的电流。
根据本公开实施例，功率开关SAH和SAL、飞电容CFly以及电感LA构成子转换器PhaseA，功率开关SBH和SBL、以及电感LB构成子转换器PhaseB，当电感电流ILA、ILB的方向与ZVS电感LZVS电流iLZVS方向相反时，iLZVS必须比电感电流ILA、ILB大，ZVS电感电流的峰值与电感电流ILA、ILB最小值的差值分别为Idiff，minA、Idiff，minB，可由式(1)、(2)表示。
Figure BDA0003080564880000041
Figure BDA0003080564880000042
LZVS的能量必须比寄生电容的能量大，才能实现功率开关的ZVS；在分别满足PhaseA和PhaseB功率开关零电压打开的条件下，ZVS电感的取值LZVS，A、LZVS，B，可由式(3)和(4)表示，最终ZVS电感LZVS选取LZVS，A和LZVS，B中较小值，以满足两相功率开关均能实现ZVS的条件；
Figure BDA0003080564880000043
Figure BDA0003080564880000044
其中，DA为PhaseA的占空比，DB为PhaseB的占空比，fsw为转换器的工作频率。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)不会增加功率开关的耐压值；
(2)能够有效提高转换器的转换效率。
附图说明
图1为现有技术中串联电容直流-直流转换器利用外加电感电容的谐振作用实现ZVS的结构示意图。
图2为图1所示的串联电容直流-直流转换器实现ZVS的关键波形示意图。
图3为本公开实施例用于串联电容式直流-直流转换器的ZVS实现方法的框架及原理示意图。
图4为本公开实施例的串联电容直流-直流转换器ZVS实现方法的电路拓扑结构示意图。
图5为图4所示的串联电容直流-直流转换器ZVS实现方法的工作状态1-8的示意图。
图6为图4所示的串联电容直流-直流转换器ZVS实现方法的工作波形图。
图7为本公开实施例的零电压检测及死区时间控制电路的工作原理示意图。
图8为本公开实施例的零电压检测电路2041、非交叠时钟2042和最大死区时间电路2043的工作时序示意图。
图9为本公开实施例的各功率开关和电容的耐压值示意图。
具体实施方式
本公开提供了一种串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置，通过采用外加电感电容来实现串联电容直流-直流转换器的零电压开关，在能够实现高效率的同时，不增加功率开关的电压压力。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
在本公开实施例中，提供一种串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置，结合图3至图9所示所示，所述串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置，包括：
功率降压电路，用于将高压直流电转换为交流电，包括：
功率开关SAH，与输入电压Vin相连；
飞电容CFly，一端通过开关节点SWC与所述功率开关SAH相连；
功率开SAL，通过开关节点SWA与所述飞电容CFly的另一端相连；
功率开关SBH，通过开关节点SWC与所述功率开关SAH相连；以及
功率开关SBL，通过开关节点SWB与所述功率开关SBH相连；
ZVS电路，用于对功率降压电路的开关节点的寄生电容进行充放电，所述ZVS电路的两端分别与所述开关节点SWA和开关节点SWB相连，包括串联设置的电感LZVS以及电容CZVS；
输出滤波电路，用于将功率降压电路提供的交流电稳定为直流电，为输出负载提供能量，包括：
分别连接于所述ZVS两端且并联设置的电感LA和电感LB；以及电容C，与电感LA和电感LB相连；以及
零电压检测及死区时间控制电路，用于检测ZVS电路是否完成及产生相应的死区时间，包括零电压检测模块和死区时间控制电路。
根据本公开实施例，本公开用于串联电容式直流-直流转换器的ZVS实现方法如图3所示，包括：(功率降压电路201，ZVS电路202，输出滤波电路203，零电压检测及死区时间控制电路204。)
根据本公开实施例，功率开关SAH和SAL、飞电容CFly以及电感LA构成的子转换器PhaseA；功率开关SBH和SBL、以及电感LB构成的子转换器PhaseB。
根据本公开实施例，本公开提供的串联电容式直流-直流转换器ZVS电路的工作原理为：(根据转换器的工作时序，可以将功率降压电路201、ZVS电路202和输出滤波电路203工作分为8个状态，Mode1-8。
在Mode1，由电感LZVS和LA的电流差值为开关节点SWA和SWC的寄生电容CAL和CCL充电，对CAH进行放电，由于飞电容CFly两端电压保持在Vin/2，开关节点SWC的电位随着开关节点SWA的电位逐渐上升。
在Mode2，开关节点SWA点电位上升至Vin/2，SWC点电位上升至Vin，ZVS检测模块检测到功率开关SAH源漏两端电压差为0后，死区时间控制电路控制SAH打开。开关节点SWA的电位比SWB点电位高，ZVS电感电流iLZVS的电流由SWB流向SWA并逐渐减小至0后反向。
在Mode3，功率开关SAH关断，iLZVS与电感LA电流方向相同，寄生电容CAL和CCL放电，CAH充电。
在Mode4，功率开关SAL开启，由SAL的源极流向漏极的电流等于流过LA、LB和SBL的电流之和，电感LZVS的电流大于LB的电流。
在Mode5，功率开关SBL关断，电感LZVS与LB的电流差值为开关节点SWB的寄生电容CBL充电，对CBH进行放电，SWB点的电位逐渐上升。
在Mode6，ZVS检测模块检测到开关节点SWB的电位上升至功率开关SBH的漏极电位Vin/2，死区时间控制电路控制SBH打开。开关节点SWB的电位比SWA点电位高，由SWA流向SWB的ZVS电感电流iLZVS逐渐减小至0后反向。
在Mode7，功率开关SBH关断，ZVS电感电流与电感LB电流方向相同，寄生电容CBL放电，CBH充电。
在Mode8，功率开关SBL开启，由SBL的源极流向漏极的电流等于流过LA、LB和SAL的电流之和，电感LZVS的电流大于LA的电流。
根据本公开实施例，说明各个电路的组成以及作用：
其中，功率降压电路201，包含四个功率开关SAH、SAL、SBH、SBL和飞电容CFly，用于将高压直流电转换为交流电；ZVS电路202，包括电感、电容，用于对功率级电路的开关节点寄生电容进行充放电；输出滤波电路203，包括电感、电容，用于将功率降压电路提供的交流电稳定为直流电为输出负载提供能量；零电压检测及死区时间控制电路204，用于检测ZVS是否完成及产生相应的死区时间。
根据本公开实施例，请参见图4，图4为本公开串联电容直流-直流转换器ZVS实现方法的电路拓扑结构示意图。如图4所示，CBH和CAH分别为功率开关SBH和SAH源端与漏端之间的寄生电容，CAL、CBL和CCL分别为开关节点SWA、SWB和SWC点对地的寄生电容。
本公开提出一种适用串联电容直流-直流转换器的准方波(quasi square wave)ZVS实现方法。
请参见图5和图6，图5为图4所示本公开提供的串联电容直流-直流转换器ZVS实现方法的工作状态图，图6为图4所示本公开提供的ZVS实现方法的工作波形图。根据工作状态图和波形图，可将其工作状态分为8个部分。
Model[t0-t1]：PhaseA的高边功率开关SAH和低边功率开关SAL关断，寄生电容CAL、CCL和CAH与ZVS电感LZVS谐振，CAH通过谐振电流对其进行放电至VCAH＝0，流过CAL和CCL的谐振电流分别对其进行充电至VCAL＝Vin/2、VCcL＝Vin。此时，主电感电流ILA方向与LZVS电流iLZVS方向相反，CAL、CCL和CAH的谐振电流之和等于ILA与iLZVS电流的差值，且该谐振电流随着iLZVS增大而减小。
当CAL的电压从0升高至Vin/2，CCL的电压从Vin/2升高至Vin，CAH的电压由Vin/2降低至0之后，谐振电流开始流过SAH的体二极管。通常体二极管导通会造成较大的功率损耗。因此，需要ZVS检测和死区时间控制电路204为SAH与SAL的开启产生合适的死区时间来减小这部分损耗。
Mode2[t1-t2]：开关节点SWA点电位上升至Vin/2，SWC点电位上升至Vin，LZVS电感两端电压为Vin/2，iLZVS在SAH开启时间段DAT内增加(DA为PhaseA的占空比)。ZVS电感电流必须大于ILA，才能有足够的能量给寄生电容充放电，否则，SAH无法实现ZVS开启。此时，流过SAH的电流为ILA与iLZVS之和。
Mode3[t2-t3]：功率开关SAH关断，ILA的方向和iLZVS的方向相同，寄生电容CAL、CCL和CAH的谐振电流之和等于ILA与iLZVS之和，谐振电流方向与Mode1下的方向相反。为了减小体二极管的损耗，同样需要设置合适的死区时间。
Mode4[t3-t4]：功率开关SAL和SBL打开，PhaseA与PhaseB进入续流阶段，LZVS两端电压差为0，其电流保持恒定。流过SAL的电流iSAL绝对值等于主电感电流ILA与ZVS电感电流iLZVS之和。
Mode5[t4-t5]：PhaseB的高边功率开关SBH和低边功率开关SBL关断，寄生电容CBL和CBH与LZVS谐振，CBH通过谐振电流对其进行放电至VCBH＝0，流过CBL的电流对其进行充电至VCAL＝Vin/2。此时，主电感电流ILB方向与LZVS电流方向相反，所以流过CBL和CBH的电流之和等于ILB与iLZVS电流的差值。当CBL的电压从0升高至Vin/2、CBH的电压由Vin/2降低至0之后，谐振电流开始流过SBH的体二极管。为减小SBH体二极管损耗，需要设置合适的死区时间。
Mode6[t5-t6]：CBH的电压减小为0，CBL的电压升高至Vin/2后，PhaseB的SBH以ZVS的方式打开。LZVS两端电压为Vin/2，iLZVS在功率开关SBH开启时间段DBT内线性增加(DB为PhaseB的占空比)。iLZVS必须大于ILB，才能有足够的能量给寄生电容充放电，否则，SBH无法实现ZVS开启。此时，流过SBH电流为ILB与iLZVS之和。
Mode7[t6-t7]：SBH关断，ILB的方向和iLZVS的方向相同，CBL和CBH的谐振电流之和等于ILB与iLZVS之和，谐振电流方向与Mode5下的方向相反。在Mode7下，ZVS检测和死区时间控制电路204需要产生的合适死区时间，来减小体二极管的损耗。
Mode8[t7-t8]：SBL和SAL打开，PhaseA与PhaseB进入续流阶段，LZVS两端电压差为0，其电流保持恒定。流过SBL的电流iSBL绝对值等于ILB与iLZVS之和。
当主电感电流ILA、ILB的方向与ZVS电感LZVS电流iLZVS方向相反时，iLZVS必须比主电感电流大，ZVS电感电流的峰值与主电感电流最小值的差值分别为Idiff，minA、Idiff，minB，可由式(1)、(2)表示。
Figure BDA0003080564880000091
Figure BDA0003080564880000092
LZVS的能量必须比寄生电容的能量大，才能实现功率开关的ZVS。在分别满足PhaseA和PhaseB功率开关零电压打开的条件下，ZVS电感的取值LZVS，A、LZVS，B，可由式(3)和(4)表示。最终ZVS电感LZVS选取LZVS，A和LZVS，B中较小值，以满足两相功率开关均能实现ZVS的条件。
Figure BDA0003080564880000093
Figure BDA0003080564880000094
其中，fsw为直流-直流转换器转换器的工作频率。
根据本公开实施例，零电压检测和死区时间控制电路204，用于检测ZVS是否完成及产生相应的死区时间。请参见图7，图7是本公开的ZVS检测和死区控制电路，CLK是控制信号，VH、VL分别为高边功率开关和低边功率开关的栅端控制信号。零电压检测电路2041、非交叠时钟2042和最大死区时间电路2043的工作时序，如图8所示。零电压检测电路2041，用于判断ZVS是否完成，当VSW电位大于或等于功率开关漏极电压时，输出反馈信号VFB变为高电平，使能高边功率开关驱动信号。非交叠时钟电路2042，用于产生非交叠控制信号Vup和Vdown，避免同一相的高边功率开关和低边功率同时开关导通。
最大死区时间电路2043，用于避免ZVS电路对开关节点寄生电容充电时间大于CLK信号高电平时间导致高边功率开关在一个周期内未开启，使***工作进入错误状态。如果在最大死区时间之内VFB变为高电平，则以VFB作为高边功率开关控制信号的使能信号；如果在最大死区时间之内VFB未能变为高电平，则以VMaxDeadTime作为高边功率开关控制信号的使能信号。
由于该电路一般输入电源电压较高，各功率开关需采用高压功率器件，具体各功率开关和电容的耐压值请参见图9。由于CZVS仅用于平衡转换器两相开关节点的直流电压，CZVS两端电压维持在0V左右，不会增加功率开关的耐压值，因此该ZVS实现方法没有增加各功率开关的电压压力。
本公开的关键点在于：实现串联电容转换器ZVS且不增加功率开关耐压值。
通过所提出的技术，在两个开关节点SWA和SWB之间引入一对电感电容LZVS和CZVS组成ZVS电路，在死区时间内依次对功率级开关节点寄生电容进行充电，并利用零电压检测及死区时间控制电路来判断ZVS是否完成。因此，通过计算在死区时间内所需要传输的电荷量，即可推算出所需要的LZVS和CZVS，实现转换器的ZVS。同时，由于CZVS仅用于平衡转换器两相开关节点的直流电压，CZVS两端电压维持在0V左右，不会增加功率开关的耐压值，因此该ZVS实现方法没有增加各功率开关的电压压力，各种情况的对比参考如下表1所示：
耐压值 未实现ZVS 谐振ZVS技术 准方波ZVS技术
V<sub>in</sub> S<sub>BH</sub> 无 S<sub>BH</sub>
V<sub>in</sub>/2 S<sub>AH</sub>，S<sub>AL</sub>，S<sub>BL</sub> S<sub>AH</sub>，S<sub>BH</sub>，S<sub>AL</sub>，S<sub>BL</sub> S<sub>AH</sub>，S<sub>AL</sub>，S<sub>BL</sub>
表1
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供了一种串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置，在两个开关节点之间引入一对电感LZVS和电容CZVS组成ZVS网络，在死区时间内依次对功率级开关节点寄生电容进行充电，并利用零电压检测及死区时间控制电路来判断ZVS是否完成。因此，通过计算在死区时间内所需要传输的电荷量，即可推算出所需要的LZVS和CZVS，实现转换器的ZVS。同时，由于CZVS仅用于平衡转换器两相开关节点的直流电压，CZVS两端电压维持在0V左右，不会增加功率开关的耐压值，因此该ZVS实现方法没有增加各功率开关的电压压力。本发明提出的串联电容直流-直流转换器ZVS实现方法，相比于现有技术可以不增加功率开关的耐压值，相应的，能够进一步提高转换器的效率。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置，包括：
功率降压电路，用于将高压直流电转换为交流电，包括：
功率开关SAH，与输入电压Vin相连；
飞电容CFly，一端通过开关节点SWC与所述功率开关SAH相连；
功率开SAL，通过开关节点SWA与所述飞电容CFly的另一端相连；
功率开关SBH，通过开关节点SWC与所述功率开关SAH相连；以及
功率开关SBL，通过开关节点SWB与所述功率开关SBH相连；
ZVS电路，用于对功率降压电路的开关节点的寄生电容进行充放电，所述ZVS电路的两端分别与所述开关节点SWA和开关节点SWB相连，包括串联设置的电感LZVS以及电容CZVs；
输出滤波电路，用于将功率降压电路提供的交流电稳定为直流电，为输出负载提供能量，包括：
分别连接于所述ZVS两端且并联设置的电感LA和电感LB；以及
电容C，与电感LA和电感LB相连；以及
零电压检测及死区时间控制电路，用于检测ZVS电路是否完成及产生相应的死区时间，包括零电压检测模块和死区时间控制电路。
2.根据权利要求1所述的串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置，
在状态1时，由电感LZVS和LA的电流差值为开关节点SWA和SWC的寄生电容CAL和CCL充电，对功率开关SAH处的寄生电容CAH进行放电，由于飞电容CFly两端电压保持在输入电压的一半，开关节点SWC的电位随着开关节点SWA的电位逐渐上升。
3.根据权利要求1所述的串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置，
在状态2时，开关节点SWA点电位上升至输入电压的一半，SWC点电位上升至输入电压，零电压检测模块检测到功率开关SAH源漏两端电压差为0后，死区时间控制电路控制SAH打开，开关节点SWA的电位比SWB点电位高，电感LZVS对应的电流iLZVS的电流由SWB流向SWA并逐渐减小至0后反向。
4.根据权利要求1所述的串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置，
在状态3时，功率开关SAH关断，电感LZVS对应的电流iLZVS与电感LA电流方向相同，寄生电容CAL和CCL放电，寄生电容CAH充电。
5.根据权利要求1所述的串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置，
在状态4时，功率开关SAL开启，由SAL的源极流向漏极的电流等于流过电感LA、LB和功率开关SBL的电流之和，电感LZVS的电流大于电感LB的电流。
6.根据权利要求1所述的串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置，
在状态5时，功率开关SBL关断，电感LZVS与LB的电流差值为开关节点SWB的寄生电容CBL充电，对功率开关SBH的寄生电容CBH进行放电，开关节点SWB点的电位逐渐上升。
7.根据权利要求1所述的串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置，
在状态6时，零电压检测及死区时间控制电路检测到开关节点SWB的电位上升至功率开关SBH的漏极电位Vin/2，死区时间控制电路控制功率开关SBH打开；开关节点SWB的电位比开关节点SWA点电位高，由SWA流向SWB的ZVS电感电流iLZVS逐渐减小至0后反向。
8.根据权利要求1所述的串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置，
在状态7时，功率开关SBH关断，电感LZVS对应的电流iLZVS与电感LB电流方向相同，寄生电容CBL放电，寄生电容CBH充电。
9.根据权利要求1所述的串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置，
在状态8时，功率开关SBL开启，由功率开关SBL的源极流向漏极的电流等于流过电感LA、LB和功率开关SAL的电流之和，电感LZVS对应的电流iLZVS大于电感LA的电流。
10.根据权利要求1所述的串联电容直流-直流转换器的零电压开关实现装置，功率开关SAH和SAL、飞电容CFly以及电感LA构成子转换器PhaseA，功率开关SBH和SBL、以及电感LB构成子转换器PhaseB，当电感电流ILA、ILB的方向与ZVS电感LZVS电流iLZVS方向相反时，iLZVS必须比电感电流ILA、ILB大，ZVS电感电流的峰值与电感电流ILA、ILB最小值的差值分别为Idiff，minA、Idiff，minB，可由式(1)、(2)表示。
Figure FDA0003080564870000031
Figure FDA0003080564870000032
LZVS的能量必须比寄生电容的能量大，才能实现功率开关的ZVS；在分别满足PhaseA和PhaseB功率开关零电压打开的条件下，ZVS电感的取值LZVS，A、LZVS，B，可由式(3)和(4)表示，最终ZVS电感LZVS选取LZVS，A和LZVS，B中较小值，以满足两相功率开关均能实现ZVS的条件；
Figure FDA0003080564870000033
Figure FDA0003080564870000034
其中，DA为PhaseA的占空比，DB为PhaseB的占空比，fsw为转换器的工作频率。
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