零电压零电流开关的三电平Buck变换器及其控制方法与流程

技术特征：

1.一种零电压零电流开关的三电平Buck变换器，其特征在于：包括直流电源V_dc、三电平逆变桥臂和LC滤波电路；所述的三电平逆变桥臂包括开关管Q₁、Q₂、Q₃，电容C₁、C₂、C₃和开关管的体二极管D₁、D₂、D₃，电容C₁、C₂、C₃和体二极管D₁、D₂、D₃并接在各自对应的开关管Q₁、Q₂、Q₃的漏极和源极上，所述的开关管Q₁的漏极接直流电源Vin正极、源极接开关管Q₂的漏极，续流二极管D₄、电感L₁、电容C₅和续流二极管D₅依次串接并接在开关管Q₂的源极和直流电源V_dc负极上，开关管Q₃的漏极跨接在开关管Q₁与开关管Q₂的接点上、源极通过电容C₄接在电感L₁与电容C₅的结点上，所述的LC滤波电路包括滤波电感L₂、电容C₆和电阻R，电容C₆和电阻R并联后一端经滤波电感L₂接续流二极管D₄、另一端接续流二极管D₅。

2.根据权利要求1所述的零电压零电流开关的三电平Buck变换器，其特征在于：所述开关管Q₁、Q₂、Q₃均为MOSFET管。

3.根据权利要求1所述的零电压零电流开关的三电平Buck变换器的控制方法，其特征在于：按时序具有以下四种工作模态，其中，t₀、t₁、t₂、t₃为四个工作模态的起始时刻，t₄为单周期的最终时刻，t为变换器的工作时刻；

⑴、在t₀≤t≤t₁之间的工作模态1：在t₀时刻之前，导通开关管Q₁和Q₂，t₀时刻之后关断开关管Q₂，在此工作模态中，开关管Q₃零电流开通，开关管Q₂零电压关断，变换器的输出电流I_o1和电容C₂、C₅两端电压表示为：

$I_{o1}=\frac{V_{in}}{2L_2}(t-t_o);$

$V_{C2\left(t\right)}=\frac{I_{o1}}{(C_2+C_5)}(t-t_o);$

$V_{C5\left(t\right)}=\frac{V_{in}}{2}-\frac{I_{o1}}{(C_2+C_5)}(t-t_o);$

式中的I_o1为变换器在工作模态1期间的输出电流，C₂、C₅分别为电容C₂和C₅的容值，V_in为变换器输入电压；

⑵、在t₁＜t≤t₂之间的工作模态2：在t₁时刻之后，关断开关管Q₃，在此工作模态中，开关管Q₂零电压开通，变换器的输出电流I_o2和电容C₂、C₃两端电压表示为：

$I_{o2}-\frac{V_{in}}{2L_2}(t-t_o)=\frac{V_{in}}{2L_2}(t-t_1);$

$V_{C3\left(t\right)}=\frac{I_{o2}}{(C_2+C_3)}(t-t_1);$

$V_{C2\left(t\right)}=\frac{V_{in}}{2}-V_{C3\left(t\right)};$

式中的I_o2为变换器在工作模态2的输出电流，C₂、C₃分别为电容C₂和C₃的容值，V_in为输入电压；

⑶、在t₂＜t≤t₃之间的工作模态3：在t₂时刻之后关断开关管Q₁，在此工作模态中，开关管Q₃零电压开通，电容C₁、C₃的电压表示为：

$V_{C1\left(t\right)}=\frac{I_{o3}}{(C_1+C_3)}(t-t_2);$

$V_{C3\left(t\right)}=\frac{V_{in}}{2}-\frac{I_{o3}}{(C_1+C_3)}(t-t_2);$

式中的I_o3为变换器在工作模态3的输出电流，C₁、C₃分别为电容C₁和C₃的容值，V_in为输入电压；

⑷、在t₃＜t≤t₄之间的工作模态4：在t₃时刻之后关断开关管Q₃，在此工作模态中，开关管Q₁零电压开通，电容C₁、C₃两端的电压表示为：

$V_{C3\left(t\right)}=\frac{I_{o4}}{C_3}(t-t_3);$

$V_{C1\left(t\right)}=\frac{V_{in}}{2}-\frac{I_{o4}}{(C_5+C_1)}(t-t_3);$

式中的I_o4为变换器在工作模态4的输出电流，C₃、C₅分别为电容C₃和C₅的容值，V_in为输入电压，

其中，上述的电容C₁、C₂和C₃的容值相同均为C_3L，电容C₄和C₅的容值相同均为C_2L，且C_2L≠C_3L。