多级并联DC-DC变换电路、系统及方法与流程

本发明涉及变压器，尤其涉及一种多级并联dc-dc变换电路、系统及方法。

背景技术：

1、刻蚀机在对芯片进行刻蚀的过程中，需要芯片带高压正电荷吸附电子，刻蚀完成后需要芯片上带高压负电荷排斥电子。

2、在实现高压直流的过程中，可以借助的方式有很多种，例如将交流电经变压器升压后再经过整流形成高压直流电；将低压直流电经逆变器变成交流电，再经过变压器升压后整流形成高压直流电；或者直接采用电力电子中的dc-dc变换实现升压。在实现高压直流的过程中，如果采用将直流逆变，经变压器升压再整流的方式，其中的步骤较多容易产生较大的能量损耗；如果直接将交流升压再整流，在高压的环境下器件将面临严重的应力问题，元器件的电压应力较高、应用的器件较多，电路结构较复杂导致成本较高，且变换器的输出emi较高、电压增益较小，实现较高增益时所需的占空比较大。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种多级并联dc-dc变换电路、系统及方法，旨在解决现有技术高压直流的变换电路的结构较复杂导致成本和输出emi较高，电压增益较小，实现较高增益时所需的占空比较大的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种多级并联dc-dc变换电路，所述多级并联dc-dc变换电路应用于刻蚀机，所述多级并联dc-dc变换电路包括：并联设置的多个储能单元以及数目相同的开关器件，各所述储能单元包括多个电感与多个二极管，所述储能单元包括：第一储能单元、第二储能单元以及第三储能单元，所述开关器件包括：第一至第三开关器件，所述第一储能单元分别与第一开关器件、所述第二储能单元、电源以及负载电路连接，所述第二储能单元分别与第二开关器件、所述第三储能单元、所述电源以及所述负载电路连接，所述第三储能单元分别与第三开关器件、所述电源以及所述负载电路连接，所述第一至第三开关器件分别与所述电源以及所述负载电路连接；

3、各所述储能单元，用于在各自对应的所述开关器件导通时，接收所述电源输出的电源电压进行能量存储；

4、各所述储能单元，还用于在各自对应的所述开关器件截止时，将存储的能量输出至所述负载电路。

5、可选地，所述第一储能单元包括：第一电感、第二电感、第一二极管、第二二极管以及第三二极管；

6、所述第一电感的第一端与所述第一二极管的正极分别连接电源的正极与所述第二储能单元；

7、所述第一电感的第二端分别连接所述第二二极管的正极与所述第三二极管的正极；

8、所述第一二极管的负极分别连接所述第二二极管的负极与所述第二电感的第一端；

9、所述第三二极管的负极与所述第二电感的第二端分别连接所述第一开关器件与所述负载电路。

10、可选地，所述第二储能单元包括：第三电感、第四电感、第四二极管、第五二极管以及第六二极管；

11、所述第三电感的第一端与所述第四二极管的正极分别连接电源的正极与所述第三储能单元；

12、所述第三电感的第二端分别连接所述第五二极管的正极与所述第六二极管的正极；

13、所述第四二极管的负极分别连接所述第五二极管的负极与所述第四电感的第一端；

14、所述第六二极管的负极与所述第四电感的第二端分别连接所述第二开关器件与所述负载电路。

15、可选地，所述第三储能单元包括：第五电感、第六电感、第七二极管、第八二极管以及第九二极管；

16、所述第五电感的第一端与所述第七二极管的正极分别连接电源的正极；

17、所述第五电感的第二端分别连接所述第八二极管的正极与所述第九二极管的正极；

18、所述第七二极管的负极分别连接所述第八二极管的负极与所述第六电感的第一端；

19、所述第九二极管的负极与所述第六电感的第二端分别连接所述第三开关器件与所述负载电路。

20、可选地，所述第一开关器件包括：第一mos管，第二开关器件包括：第二mos管，第三开关器件包括：第三mos管；

21、所述第一mos管的漏极分别连接所述第三二极管的负极、所述第二电感的第二端以及所述负载电路，所述第一mos管的源极分别连接所述电源的负极与所述负载电路；

22、所述第二mos管的漏极分别连接所述第六二极管的负极、所述第四电感的第二端以及所述负载电路，所述第二mos管的源极分别连接所述电源的负极与所述负载电路；

23、所述第三mos管的漏极分别连接所述第九二极管的负极、所述第六电感的第二端以及所述负载电路，所述第三mos管的源极分别连接所述电源的负极与所述负载电路。

24、可选地，所述第三储能单元还包括：第一电容，所述第二储能单元还包括：第二电容；

25、所述第一电容的第一端分别连接所述第九二极管的负极、所述第六电感的第二端以及所述第三mos管的漏极，所述第一电容的第二端连接所述负载电路；

26、所述第二电容的第一端分别连接所述第六二极管的负极、所述第四电感的第二端以及所述第二mos管的漏极，所述第二电容的第二端连接所述负载电路。

27、可选地，所述多级并联dc-dc变换电路还包括：第一防逆流电路、第二防逆流电路以及第三防逆流电路；

28、所述第一防逆流电路分别连接所述第三二极管的负极、所述第二电感的第二端、所述第一mos管的漏极以及所述第一电容的第二端；

29、所述第二防逆流电路分别连接所述第一防逆流电路、所述第二电容的第二端以及所述负载电路；

30、所述第三防逆流电路分别连接所述第一mos管的源极、第二mos管的源极、第三mos管的源极、所述电源的负极以及所述负载电路；

31、所述第一防逆流电路，用于防止电流从所述第三储能单元向所述第一储能单元逆流；

32、所述第二防逆流电路，用于防止电流从所述第二储能单元向所述第一储能单元逆流；

33、所述第三防逆流电路，用于防止电流从所述第一储能单元、所述第二储能单元以及所述第三储能单元向所述负载电路逆流。

34、可选地，所述第一防逆流电路包括：第十二极管，所述第二防逆流电路包括：第十一二极管，所述第三防逆流电路包括：第十二二极管；

35、所述第十二极管的正极分别连接所述第三二极管的负极、所述第二电感的第二端以及所述第一mos管的漏极，所述第十二极管的负极连接所述第一电容的第二端；

36、所述第十一二极管的正极分别连接所述第十二极管的负极与所述第一电容的第二端，所述第十一二极管的负极分别连接第二电容的第二端与所述负载电路；

37、所述第十二二极管的正极连接所述负载电路，所述第十二二极管的负极分别连接所述第一mos管的源极、第二mos管的源极、第三mos管的源极以及所述电源的负极。

38、可选地，所述负载电路包括：第一负载电容、第二负载电容以及第一电阻；

39、所述第一负载电容的第一端分别连接所述第三二极管的负极、所述第二电感的第二端以及所述第一电阻的第一端，所述第一负载电容的第二端连接所述第二负载电容的第一端以及所述第一mos管的漏极；

40、所述第二负载电容的第二端分别连接所述第十二二极管的正极与所述第一电阻的第二端。

41、可选地，所述多级并联dc-dc变换电路的工作模态包括：第一模态、第二模态、第三模态、第四模态、第五模态以及第六模态；

42、当所述多级并联dc-dc变换电路的工作模态为第一模态时，所述第一开关器件与所述第二开关器件导通且所述第三开关器件截止，所述第一储能单元与所述第二储能单元接收所述电源输出的电源电压进行能量存储，所述第三储能单元将存储的能量输出至所述负载电路；

43、当所述多级并联dc-dc变换电路的工作模态为第二模态时，所述第一开关器件导通且所述第二开关器件与所述第三开关器件截止，所述第一储能单元接收所述电源输出的电源电压进行能量存储，所述第二储能单元与所述第三储能单元将存储的能量输出至所述负载电路；

44、当所述多级并联dc-dc变换电路的工作模态为第三模态时，所述第一开关器件与所述第三开关器件导通且所述第二开关器件截止，所述第一储能单元与所述第三储能单元接收所述电源输出的电源电压进行能量存储，所述第二储能单元将存储的能量输出至所述负载电路；

45、当所述多级并联dc-dc变换电路的工作模态为第四模态时，所述第一开关器件与所述第二开关器件截止且所述第三开关器件导通，所述第一储能单元与所述第二储能单元将存储的能量输出至所述负载电路，所述第三储能单元接收所述电源输出的电源电压进行能量存储；

46、当所述多级并联dc-dc变换电路的工作模态为第五模态时，所述第一开关器件截止且所述第二开关器件与所述第三开关器件导通，所述第一储能单元将存储的能量输出至所述负载电路，所述第二储能单元与所述第三储能单元接收所述电源输出的电源电压进行能量存储；

47、当所述多级并联dc-dc变换电路的工作模态为第六模态时，所述第一开关器件与所述第三开关器件截止且所述第二开关器件导通，所述第一储能单元与所述第三储能单元将存储的能量输出至所述负载电路，所述第二储能单元接收所述电源输出的电源电压进行能量存储。

48、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种多级并联dc-dc变换系统，所述多级并联dc-dc变换系统包括控制电路以及如上文所述的多级并联dc-dc变换电路。

49、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种多级并联dc-dc变换方法，所述多级并联dc-dc变换方法应用于如上文所述的多级并联dc-dc变换系统，所述系统包括控制电路与多级并联dc-dc变换电路，所述控制电路与所述多级并联dc-dc变换电路相连，所述多级并联dc-dc变换电路包括：并联设置的多个储能单元以及数目相同的开关器件，各所述储能单元包括多个电感与多个二极管，所述储能单元包括：第一储能单元、第二储能单元以及第三储能单元，所述开关器件包括：第一至第三开关器件，所述第一储能单元分别与第一开关器件、所述第二储能单元、电源以及负载电路连接，所述第二储能单元分别与第二开关器件、所述第三储能单元、所述电源以及所述负载电路连接，所述第三储能单元分别与第三开关器件、所述电源以及所述负载电路连接，所述第一至第三开关器件分别与所述电源以及所述负载电路连接；

50、所述方法包括：

51、各所述储能单元在各自对应的所述开关器件导通时，接收所述电源输出的电源电压进行能量存储；

52、各所述储能单元在各自对应的所述开关器件截止时，将存储的能量同时输出至所述负载电路；

53、所述控制电路通过pi控制调节所述第一开关器件、所述第二开关器件以及所述第三开关器件的占空比，以控制所述多级并联dc-dc变换电路的工作模态。

54、本发明通过在多级并联dc-dc变换电路中并联设置多个储能单元以及数目相同的开关器件，各所述储能单元包括多个电感与多个二极管，所述储能单元包括：第一储能单元、第二储能单元以及第三储能单元，所述开关器件包括：第一至第三开关器件，所述第一储能单元分别与第一开关器件、所述第二储能单元、电源以及负载电路连接，所述第二储能单元分别与第二开关器件、所述第三储能单元、所述电源以及所述负载电路连接，所述第三储能单元分别与第三开关器件、所述电源以及所述负载电路连接，所述第一至第三开关器件分别与所述电源以及所述负载电路连接；各所述储能单元，用于在各自对应的所述开关器件导通时，接收所述电源输出的电源电压进行能量存储；各所述储能单元，还用于在各自对应的所述开关器件截止时，将存储的能量输出至所述负载电路，通过控制开关器件的占空比控制开关器件的导通和截止时间，从而控制电路工作模态，实现在相同的占空比下有效提高电压增益，显著提升了变换器的转换效率且电路结构简单，有效地减小输出emi，降低了成本，适用于刻蚀机。