阅读说明：本技术 一种功率拓扑电路、控制方法及控制装置 (Power topology circuit, control method and control device ) 是由 赵龙 曹炳 李爱刚 于 2020-04-22 设计创作，主要内容包括：本发明适用于功率拓扑电路技术领域,提供了一种功率拓扑电路、控制方法及控制装置,功率拓扑电路包括：一直流电源、一升压电感、驱动单元、箝位单元、输出母线滤波单元、母线输出端；直流电源的正极与升压电感一端连接,直流电源的负极分别与驱动单元、输出母线滤波单元以及母线输出端的负极连接,升压电感另一端与驱动单元连接,箝位单元分别与驱动单元以及滤波单元连接,输出母线滤波单元还分别与母线输出端的正极以及负极连接,输出母线滤波单元设置有一母线中心节点以及一端与母线中心节点连接的第一输出母线滤波电容,箝位单元设置有一箝位电容。本发明的功率拓扑电路控制简单以及成本低。(The invention is suitable for the technical field of power topological circuits, and provides a power topological circuit, a control method and a control device, wherein the power topological circuit comprises: the device comprises a direct current power supply, a boost inductor, a driving unit, a clamping unit, an output bus filtering unit and a bus output end; the direct-current power supply comprises a direct-current power supply, a driving unit, an output bus filtering unit, a bus output end, a clamping unit, a bus central node, a first output bus filtering capacitor and a clamping unit, wherein the positive electrode of the direct-current power supply is connected with one end of a boosting inductor, the negative electrode of the direct-current power supply is respectively connected with the driving unit, the output bus filtering unit and the negative electrode of the bus output end, the other end of the boosting inductor is connected with the driving unit, the clamping unit is respectively connected with the driving unit and the filtering unit, the output bus filtering unit is also respectively connected with the positive electrode and the negative electrode. The power topology circuit of the invention has simple control and low cost.)

一种功率拓扑电路、控制方法及控制装置

技术领域

本发明属于功率拓扑电路技术领域，尤其涉及一种功率拓扑电路、控制方法及控制装置。

背景技术

在电力电子拓扑中，Boost是最基本的一种DC/DC拓扑，应用到各种各样的电力电子设备中。光伏逆变器包括DC/DC和DC/AC两部分，DC/DC不仅能够稳定DC/AC侧的输入电压，而且能够让电池板以最大功率输出(MPPT，Maximum power point tracking)，从而提高光伏逆变器的发电量，所以DC/DC对于光伏逆变器的性能、效率有至关重要的作用。

Boost升压电路拓扑简单、控制简单，被广泛用到光伏逆变器的DC/DC侧，对于低压系统，两电平Boost可以满足耐压要求，但是，对于更高输入电压，由于市场上通用的功率管大多为低压器件，且高压器件价格是低压器件的几倍，两电平Boost已经难以满足耐压要求。

现在三电平升压电路包括：对称Boost三电平升压电路、飞跨电容三电平升压电路。

其中，对称Boost三电平升压电路：对称BOOST升压电路的拓扑和驱动时序如图1和图2所示，由于母线输出和直流源DC之间存在二极管D1和二极管D2，开关管Q1和Q2并不能保证同时的开通和关断，且在电容C1和电容C2中点电压有偏差时，需要调节开关管Q1和开关管Q2的驱动时序来稳定电容C1和电容C2的中点电压，导致输出电压对地之间存在严重的共模信号，和大地之间形成共模干扰，导致很高的漏电流，影响系统的正常工作。对称Boost三电平升压电压需要两个电感，需要两路独立的驱动电路，这些也都增加了系统成本。

其中，飞跨电容三电平升压电路：飞跨电容三电平升压电路的拓扑和驱动时序如图3和图4所示，虽然飞跨电容三电平不存在共模干扰问题，但是，飞跨电容三电平需要对飞跨的电容C3进行预充电，预充电电路设计比较复杂，且在稳态工作时，要时时刻刻控制电容C3上的电压，控制繁琐，电容C3的容值比较大，成本也比较高，至今飞跨电容三电平很难在工程上被广泛应用。

发明内容

本发明实施例提供一种功率拓扑电路，旨在解决现有技术中功率拓扑电路控制繁琐以及成本高的问题。

本发明实施例提供一种功率拓扑电路，所述功率拓扑电路包括：一直流电源、一升压电感、驱动单元、箝位单元、输出母线滤波单元、母线输出端；所述直流电源的正极与所述升压电感一端连接，所述直流电源的负极分别与所述驱动单元、输出母线滤波单元以及母线输出端的负极连接，所述升压电感另一端与驱动单元连接，所述箝位单元分别与所述驱动单元以及所述滤波单元连接，所述输出母线滤波单元还分别与所述母线输出端的正极以及负极连接，所述输出母线滤波单元设置有一母线中心节点以及一端与所述母线中心节点连接的第一输出母线滤波电容，所述箝位单元设置有一箝位电容；

所述驱动单元包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、以及第四功率开关管，所述第一功率开关管分别与所述输出母线滤波单元、母线输出端的正极、箝位电容一端以及第二功率开关管连接，所述第二功率开关管还分别与所述箝位电容一端、升压电感、以及第三功率开关管连接，所述第三功率开关管还分别与所述箝位电容另一端以及所述第四功率开关管连接，所述第四功率开关管还分别与所述直流电源的负极、第一输出母线滤波电容另一端以及母线输出端负极连接；

所述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、以及第四功率开关管分别满足预先设置好的第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序。

更进一步地，所述箝位单元包括第一箝位二极管以及第二箝位二极管，其中，所述第一箝位二极管的负极分别与所述箝位电容的一端、所述第一功率开关管以及第二功率开关管连接，所述第一箝位二极管的正极分别与所述母线中心节点以及所述第二箝位二极管的负极连接，所述第二箝位二极管的正极分别与所述箝位电容的另一端、第三功率开关管以及第四功率开关管连接。

更进一步地，所述输出母线滤波单元还包括第二输出母线滤波电容，所述第二输出母线滤波电容一端分别连接所述第一功率开关管以及所述母线输出端的正极，所述第二输出母线滤波电容另一端分别与所述第一输出母线滤波电容的一端、所述母线中心节点以及所述第一箝位二极管与第二箝位二极管之间的连接点连接。

更进一步地，所述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管以及第四功率开关管分别对应为第一三极管、第二三极管、第三三极管以及第四三极管，所述第一三极管的集电极连接在所述第一输出母线滤波电容与所述母线输出端的正极之间的连接线上，所述第一三极管的发射极连接在所述第二三极管的集电极、箝位电容一端以及所述第一箝位二极管负极之间的连接线上，所述第二三极管的发射极连接在所述升压电感与所述第三三极管的集电极之间的连接线上，所述第三三极管的发射极连接在所述箝位电容另一端、第二箝位二极管的正极以及第四功率开关管的集电极之间的连接线上，所述第四三极管的发射极连接在所述直流电源的负极、第二输出母线滤波电容另一端以及母线输出端的负极之间的连接线上。

更进一步地，所述驱动单元还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管，所述第一二极管的正极连接所述第一三极管的发射极，所述第一二极管的负极连接所述第一三极管的集电极，所述第二二极管的正极连接所述第二三极管的发射极，所述第二二极管连接所述第二三极管的集电极，所述第三二极管的正极连接所述第三三极管的发射极，所述第三二极管的负极连接所述第三三极管的集电极，所述第四二极管的正极连接所述第四三极管的发射极，所述第四二极管的负极连接所述第四三极管的集电极。

本发明实施例还提供了一种功率拓扑电路的控制方法，用于控制上述实施例提供的功率拓扑电路，所述功率拓扑电路的控制方法包括以下步骤：

分别获取与所述驱动单元中第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管以及第四功率开关管对应的第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序；

基于所述第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序输出第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号以及第四驱动信号，以驱动所述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管以及第四功率开关管开通或关闭，让每个周期内所述箝位电容向所述母线输出端的放电电荷量与每个周期内对第一输出母线滤波电容的充电电荷量相等，保持母线中心节点的电位不变，以控制所述母线输出端输出稳定的电压。

更进一步地，所述第一驱动信号以及第二驱动信号在整个控制时间轴上均为高电平，以使所述第一功率开关管以及所述第二功率开关管为常通状态；

在每个周期内的初始状态，所述第三驱动信号以及所述第四驱动信号均为低电平，以使所述第三功率开关管均为关闭状态；

在每个周期内的第一时间段内，所述第三驱动信号为高电平，所述第四驱动信号为低电平，以使所述第三功率开关管为开通状态，所述第四功率开关管为关闭状态；

在每个周期内的第二时间段内，所述第三驱动信号以及所述第四驱动信号均为高电平，以使第三功率开关管以及第四功率开关管均为开通状态；

在每个周期内的第三时间段内，所述第三驱动信号为高电平，所述第四驱动信号为低电平，以使所述第三功率开关管为开通状态，所述第四功率开关管为关闭状态；

在每个周期内的第四时间段内，所述第三驱动信号以及所述第四驱动信号为低电平，以使所述第三功率开关管以及所述第四功率开关管为关闭状态，直到下一周期的到来。

本发明实施例还提供了一种功率拓扑电路的控制装置，用于控制上述实施例提供的功率拓扑电路，所述功率拓扑电路的控制装置包括：

获取单元，用于分别获取与所述驱动单元中第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管以及第四功率开关管对应的第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序；

开关管驱动单元，用于基于所述第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序输出第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号以及第四驱动信号，以驱动所述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管以及第四功率开关管开通或关闭，让每个周期内所述箝位电容向所述母线输出端的放电电荷量与每个周期内对第一输出母线滤波电容的充电电荷量相等，保持母线中心节点的电位不变，以控制所述母线输出端输出稳定的电压。

更进一步地，所述第一驱动信号以及第二驱动信号在整个控制时间轴上均为高电平，以使所述第一功率开关管以及所述第二功率开关管为常通状态；

在每个周期内的初始状态，所述第三驱动信号以及所述第四驱动信号均为低电平，以使所述第三功率开关管均为关闭状态；

在每个周期内的第一时间段内，所述第三驱动信号为高电平，所述第四驱动信号为低电平，以使所述第三功率开关管为开通状态，所述第四功率开关管为关闭状态；

在每个周期内的第二时间段内，所述第三驱动信号以及所述第四驱动信号均为高电平，以使第三功率开关管以及第四功率开关管均为开通状态；

在每个周期内的第三时间段内，所述第三驱动信号为高电平，所述第四驱动信号为低电平，以使所述第三功率开关管为开通状态，所述第四功率开关管为关闭状态；

在每个周期内的第四时间段内，所述第三驱动信号以及所述第四驱动信号为低电平，以使所述第三功率开关管以及所述第四功率开关管为关闭状态，直到下一周期的到来。

本发明所达到的有益效果：通过预先设置好的第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序控制驱动单元中第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、以及第四功率开关管的开通或关闭，让每个周期内所述箝位电容向所述母线输出端的放电电荷量与每个周期内对第一输出母线滤波电容的充电电荷量相等，保持母线中心节点的电位不变，以控制所述母线输出端输出稳定的电压。这样能够稳定的将升压电感输出的电压传输到母线输出端，使得功率拓扑电路能够提供稳定的电压，同时本功率拓扑电路具有如下优点：

1、第一驱动时序以及第二驱动时序使得第一功率开关管以及第二功率开关管为常通状态，第三功率开关管以及第四功率开关管只需要满足第三驱动时序以及第四驱动时序即可，且第三功率开关以及第四功率开关管的驱动不需要独立的控制，使得第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管以及第四功率开关管的控制简单。

2、在本功率拓扑电路中，直流电源和母线输出端是共负极的，所以本功率拓扑电路不存在工模干扰问题。

3、在本功率拓扑电路中，只需要一个升压电感，所以本功率拓扑电路中的成本低。

附图说明

图1是现有技术提供的一种对称Boost三电平升压电路的电路图；

图2是现有技术提供的一种对称Boost三电平升压电路的驱动时序图；

图3是现有技术提供的一种飞跨电容三电平升压电路的电路图；

图4是现有技术提供的一种飞跨电容三电平升压电路的驱动时序图；

图5是本发明实施例提供的一种功率拓扑电路的电路图；

图6是本发明实施例提供的一种功率拓扑电路的驱动时序图；

图7是本发明实施例提供的一种功率拓扑电路的控制方法的流程图；

图8是本发明实施例提供的一种功率拓扑电路的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的功率拓扑电路包括：直流电源DC、升压电感L、功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3、功率开关管Q4、电容Cx、输出母线滤波电容C2以及母线输出端。直流电源DC的正极连接升压电感L的一端，直流电源DC的负极与功率开关管Q4的发射极、输出母线滤波电容C2的一端。升压电感L的另一端与功率开关管Q2的发射极、功率开关管Q3的集电极的负极连接。功率开关管Q3的发射级与功率开关管Q4的集电极连接、电容Cx的一端连接，功率开关管Q2的集电极与功率开关管Q1的发射极连接、电容Cx的另一端连接，功率开关管Q1的集电极与母线输出端的正极连接，输出母线滤波电容C2的另一端与母线输出端连接。本发明是通过控制开关管的逻辑实现的一种升压电路拓扑，优点如下：一、因为功率开关管Q1和功率开关管Q2常通，只需要功率开关管Q3、功率开关管Q4满足相应的驱动时序即可，所以控制简单；二、因为输入DC和母线输出是共负极的，所以不存在共模干扰问题；三、在本功率拓扑电路中，只需要一个升压电感，所以本功率拓扑电路中的成本低。

实施例一

如图5所示，图5是本发明实施例提供的一种功率拓扑电路的电路图；该功率拓扑电路包括：一直流电源DC、一升压电感L、驱动单元4、箝位单元3、输出母线滤波单元2、母线输出端1；直流电源DC的正极与升压电感L一端连接，直流电源DC的负极分别与驱动单元4、输出母线滤波单元2以及母线输出端1的负极连接，升压电感L另一端与驱动单元4连接，箝位单元3分别与驱动单元4以及滤波单元连接，输出母线滤波单元2还分别与母线输出端1的正极以及负极连接，输出母线滤波单元2设置有一母线中心节点O2以及一端与母线中心节点O2连接的第一输出母线滤波电容C1，箝位单元3设置有一箝位电容Cx。

驱动单元4包括第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3、以及第四功率开关管Q4，第一功率开关管Q1分别与输出母线滤波单元2、母线输出端1的正极、箝位电容Cx一端以及第二功率开关管Q2连接，第二功率开关管Q2还分别与箝位电容Cx一端、升压电感L、以及第三功率开关管Q3连接，第三功率开关管Q3还分别与箝位电容Cx另一端以及第四功率开关管Q4连接，第四功率开关管Q4还分别与直流电源DC的负极、第一输出母线滤波电容C1另一端以及母线输出端1负极连接；

第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3、以及第四功率开关管Q4分别满足预先设置好的第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序。

具体的，如图6所示，第一驱动时序驱动第一功率开关管Q1使其门极电压在整个控制时间轴上均为高电平，也就是第一功率开关管Q1在整个控制时间轴上均为常通的状态。第二驱动时序驱动第二功率开关管Q2使其门极电压在整个控制时间轴上均为高电平，也就是第二功率开关管Q2在整个控制时间轴上均为常通的状态。第一驱动时序以及第二驱动时序是相同的，进而使得第一功率开关管Q1以及第二功率开关管Q2的开通或关闭的状态也是相同的。这样只需要在第一功率开关管Q1以及第二功率开关管Q2在整个控制时间轴上为常通的情况下，通过第三驱动时序以及第四驱动时序控制第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4的开通或关闭即可。

第三驱动时序周期性的驱动第三功率开关管Q3使其门极电压在整个控制时间轴上的每个周期内的初始状态为低电平，也即是，在每个周期内的初始状态第三功率开关管Q3为关闭状态。在初始状态之后的第一时间段t1内第三功率开关管Q3的门极电压为高电平，也即，第三功率开关管Q3在每个周期内的第一时间段t1内为开通状态。在第二时间段内第三功率开关管Q3的门极电压保持为高电平。在每个周期内的第三时间段t2内，第三功率开关管Q3的门极电压继续保持高电平。在每个周期内的第四时间段内，第三功率开关管Q3的门极电压转换为低电平，直到下一周期的到来。

第四驱动时序周期性的驱动第四功率开关管Q4使其门极电压在整个控制时间轴上的每个周期内的初始状态为低电平，也即是，在每个周期内的初始状态第四功率开关管Q4为关闭状态。在初始状态之后的第一时间段t1内第四功率开关管Q4的门极电压继续保持为低电平，在每个周期内的第二时间段内第四功率开关管Q4的门极电压转换为高电平。在每个周期内的第三时间段t2内，第四功率开关管Q4的门极电压转换为低电平。在每个周期内的第四时间段内，第四功率开关管Q4的门极电压继续保持低电平，直到下一周期的到来。

需要说明的是，第三驱动时序的第一时间段t1、第二时间段、第三时间段t2以及第四时间段与第四驱动时序的第一时间段t1、第二时间段、第三时间段t2以及第四时间段的时间是同步的。且第一时间段t1可以用t1来表示，为此，第一时间段t1可以表示为第一时间段t1，第三时间段t2可以同t2来表示，为此，第二时间段可以表示为第二时间段t2。

在本发明一实施方式中，箝位单元3包括箝位单元3包括第一箝位二极管D5以及第二箝位二极管D6，其中，第一箝位二极管D5的负极分别与箝位电容Cx的一端、第一功率开关管Q1以及第二功率开关管Q2连接，第一箝位二极管D5的正极分别与母线中心节点O2以及第二箝位二极管D6的负极连接，第二箝位二极管D6的正极分别与箝位电容Cx的另一端、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4连接。

具体的，在每个周期内的第二时间段内，也即第三功率开关管Q3开通，第四功率开关管Q4开通时，箝位电容Cx通过第一箝位二极管D5被充电。

在每个周期内的第一时间段t1以及第三时间段t2中通过第二箝位二极管D6给第一输出母线滤波电容C1进行充电。若每个周期内，第一时间段t1和第三时间段t2中对第一输出母线滤波电容C1的充电电流的平均值为Ic1，则每个周期内对第一输出母线滤波电容C1的充电电荷量为△Qc1＝Ic1*(t1+t2)。

在本发明一实施方式中，输出母线滤波单元2还包括第二输出母线滤波电容C2，第二输出母线滤波电容C2一端分别连接第一功率开关管Q1以及母线输出端1的正极，第二输出母线滤波电容C2另一端分别与第一输出母线滤波电容C1的一端、母线中心节点O2以及第一箝位二极管D5与第二箝位二极管D6之间的连接点连接。这样第二输出母线滤波电容C2可以给母线输出端1进行滤波，使得母线输出端1能够提供更加稳定的电压。母线输出端1输出的电压可以为高压电。

本功率拓扑电路的工作原理为：

在整个控制时间轴上，第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2均为常通，每个周期内的初始状态，第三功率开关管Q3和第四功率开关管Q4的门极驱动电压均为低电平；在每个周期内的第一时间段t1内，第三功率开关管Q3的门极驱动电压为高电平、第四功率开关管Q4的门极驱动电压为低电平；第一时间段t1之后，也即每个周期内的第二时间段内，第三功率开关管Q3和第四功率开关管Q4的门极驱动电压均为高电平；每个周期内的第三时间段t2内，第三功率开关管Q3的门极驱动电压为高电平、第四功率开关管Q4的门极驱动电压为低电平。在每个周期内的第四时间段内，第三功率开关管Q3和第四功率开关管Q4的门极驱动电压均为低电平，直到下一周期的到来。

例如，假设总母线电压为Vout保持不变，该本功率拓扑电路工作的前x周期内，母线中心节点O2的电位一直升高，假设母线中心节点O2的电位升高至1/2Vout+a时，母线中心节点O2的电位不再发生变化，始终为1/2Vout+a；箝位电容Cx两端的电压为1/2Vout-a，箝位电容Cx的容值为d，箝位电容Cx两端的电压为1/2Vout+a。

由此可知，一、在每个周期内的第一时间段t1内，第三功率开关管Q3开通，第四功率开关管Q4关断，箝位电容Cx电荷保持不变，不充电也不放电，箝位电容Cx两端的电压为1/2Vout-a。

二、在每个周期内的第二时间段内，第三功率开关管Q3开通，第四功率开关管Q4开通，箝位电容Cx通过第二箝位二极管D6被充电，充电电荷量为△Qcx＝d*2a，箝位电容Cx两端的电压由1/2Vout-a变为1/2Vout+a。

三、在每个周期内的第三时间段t2内，第三功率开关管Q3开通，第四功率开关管Q4关断，箝位电容Cx通过第一功率开关管Q1向总母线放电，放电电荷量为△Qcx＝d*2a，箝位电容Cx两端的电压由1/2Vout+a变为1/2Vout-a。

四、在每个周期内的第四时间段内，第三功率开关管Q3关断，第四功率开关管Q4关断，箝位电容Cx电荷保持不变。

其中，若每个周期内，第一时间段t1和第三时间段t2中对第一输出母线滤波电容C1的充电电流的平均值为Ic1，则每个周期内对第一输出母线滤波电容C1的充电电荷量为△Qc1＝Ic1*(t1+t2)，每个周期内箝位电容Cx向总母线放电的电荷量为△Qcx＝d*2a，若母线中心节点O2的电位保持不变，则需△Qc1＝△Qcx，此时a＝(Ic1*(t1+t2))/(2*d)，母线中心节点O2保持不变。其中，a为参数变量，a的取值与第一输出母线滤波电容C1的电流Ic1、第一时间段t1的时间长度t1、第三时间段t2的时间长度t2、以及箝位电容Cx的容值d的值有关。可根据母线输出端1的大小设置a的取值。

在本发明实施例中，通过预先设置好的第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序控制驱动单元4中第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3、以及第四功率开关管Q4的开通或关闭，让每个周期内箝位电容Cx向母线输出端1的放电电荷量与每个周期内对第一输出母线滤波电容C1的充电电荷量相等，保持母线中心节点O2的电位不变，以控制母线输出端1输出稳定的电压。这样能够稳定的将升压电感L输出的电压传输到母线输出端1，使得功率拓扑电路能够提供稳定的电压，同时本功率拓扑电路具有如下优点：

1、第一驱动时序以及第二驱动时序使得第一功率开关管Q1以及第二功率开关管Q2为常通状态，第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4只需要满足第三驱动时序以及第四驱动时序即可，且第三功率开关以及第四功率开关管Q4的驱动不需要独立的控制，使得第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4的控制简单。

2、在本功率拓扑电路中，直流电源DC和母线输出端1是共负极的，所以本功率拓扑电路不存在工模干扰问题。

3、在本功率拓扑电路中，只需要一个升压电感L，所以本功率拓扑电路中的成本低。

实施例二

如图5所示，第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4分别对应为第一三极管、第二三极管、第三三极管以及第四三极管，第一三极管的集电极连接在第一输出母线滤波电容C1与母线输出端1的正极之间的连接线上，第一三极管的发射极连接在第二三极管的集电极、箝位电容Cx一端以及第一箝位二极管D5负极之间的连接线上，第二三极管的发射极连接在升压电感L与第三三极管的集电极之间的连接线上，第三三极管的发射极连接在箝位电容Cx另一端、第二箝位二极管D6的正极以及第四功率开关管Q4的集电极之间的连接线上，第四三极管的发射极连接在直流电源DC的负极、第二输出母线滤波电容C2另一端以及母线输出端1的负极之间的连接线上。

当然了，第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4分别对应为第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管。或者，第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4还可以分别对应为其他具有开关功能的元器件。

需要说明的是，第一三极管、第二三极管、第三三极管以及第四三极管也分别对应满足图6中所示的预先设置好的第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序。当然，当第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4分别对应为第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管时，第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管也分别对应满足图6中所示的预先设置好的第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序。

在本发明一实施方式中，驱动单元4还包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3以及第四二极管D4，第一二极管D1的正极连接第一三极管的发射极，第一二极管D1的负极连接第一三极管的集电极，第二二极管D2的正极连接第二三极管的发射极，第二二极管D2连接第二三极管的集电极，第三二极管D3的正极连接第三三极管的发射极，第三二极管D3的负极连接第三三极管的集电极，第四二极管D4的正极连接第四三极管的发射极，第四二极管D4的负极连接第四三极管的集电极。

具体的，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3以及第四二极管D4均起到保护作用。其中，第一二极管D1以及第二二极管D2在第一功率开关管Q1、第二功率开关反接或短路时，能够保护第一功率开关管Q1以及第二功率开关管Q2。而第三二极管D3以及第四二极管D4能够在母线短路或直流电源DC接反时，保护第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4。这样可以降低功率拓扑电路中第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4的硬件成本，同时使得功率拓扑电路工作更安全。

在本发明实施例中，第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4分别对应为第一三极管、第二三极管、第三三极管以及第四三极管，而三极管是常用的开关元器件或者说是控压元器件，并且三极管的技术相对成熟，不需要花费太多的元器件成本，且三极管的控制以及连接都相对简单，使得第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4的成本低，且简化电路的连接以及控制过程，使得本功率拓扑电路的电路成本低，电路结构以及控制过程简单。而且第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4对应的每个三极管均设置有对应的二极管，以达到保护三极管的作用，提高本功率拓扑电路的安全性。

实施例三

如图7所示，图7是本发明实施例提供的一种功率拓扑电路的控制方法的流程图，用于控制实施例一至实施例二中任一项的功率拓扑电路，功率拓扑电路的控制方法包括以下步骤：

步骤101、分别获取与驱动单元中第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管以及第四功率开关管对应的第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序。

步骤102、基于第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序输出第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号以及第四驱动信号，以驱动第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管以及第四功率开关管开通或关闭，让每个周期内箝位电容向母线输出端的放电电荷量与每个周期内对第一输出母线滤波电容的充电电荷量相等，保持母线中心节点的电位不变，以控制母线输出端输出稳定的电压。

作为本发明一实施方式，第一驱动信号以及第二驱动信号在整个控制时间轴上均为高电平，以使第一功率开关管Q1以及第二功率开关管Q2为常通状态；

在每个周期内的初始状态，第三驱动信号以及第四驱动信号均为低电平，以使第三功率开关管Q3均为关闭状态；

在每个周期内的第一时间段t1内，第三驱动信号为高电平，第四驱动信号为低电平，以使第三功率开关管Q3为开通状态，第四功率开关管Q4为关闭状态；

在每个周期内的第二时间段内，第三驱动信号以及第四驱动信号均为高电平，以使第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4均为开通状态；

在每个周期内的第三时间段t2内，第三驱动信号为高电平，第四驱动信号为低电平，以使第三功率开关管Q3为开通状态，第四功率开关管Q4为关闭状态；

在每个周期内的第四时间段内，第三驱动信号以及第四驱动信号为低电平，以使第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4为关闭状态，直到下一周期的到来。

本功率拓扑电路的控制原理为：

基于上述第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号以及第四驱动信号，以驱动第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4的开通或关闭，让每个周期内箝位电容Cx向母线输出端1的放电电荷量与每个周期内对第一输出母线滤波电容C1的充电电荷量相等，保持母线中心节点O2的电位不变，以控制母线输出端1输出稳定的电压。这样能够稳定的将升压电感L输出的电压传输到母线输出端1，使得功率拓扑电路能够提供稳定的电压。

具体的，功率拓扑电路的工作原理为：在整个控制时间轴上，第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2均为常通，每个周期内的初始状态，第三功率开关管Q3和第四功率开关管Q4的门极驱动电压均为低电平；在每个周期内的第一时间段t1内，第三功率开关管Q3的门极驱动电压为高电平、第四功率开关管Q4的门极驱动电压为低电平；第一时间段t1之后，也即每个周期内的第二时间段内，第三功率开关管Q3和第四功率开关管Q4的门极驱动电压均为高电平；每个周期内的第三时间段t2内，第三功率开关管Q3的门极驱动电压为高电平、第四功率开关管Q4的门极驱动电压为低电平。在每个周期内的第四时间段内，第三功率开关管Q3和第四功率开关管Q4的门极驱动电压均为低电平，直到下一周期的到来。

例如，假设总母线电压为Vout保持不变，该本功率拓扑电路工作的前x周期内，母线中心节点O2的电位一直升高，假设母线中心节点O2的电位升高至1/2Vout+a时，母线中心节点O2的电位不再发生变化，始终为1/2Vout+a；箝位电容Cx两端的电压为1/2Vout-a，箝位电容Cx的容值为d，箝位电容Cx两端的电压为1/2Vout+a。

由此可知，一、在每个周期内的第一时间段t1内，第三功率开关管Q3开通，第四功率开关管Q4关断，箝位电容Cx电荷保持不变，不充电也不放电，箝位电容Cx两端的电压为1/2Vout-a。

二、在每个周期内的第二时间段内，第三功率开关管Q3开通，第四功率开关管Q4开通，箝位电容Cx通过第二箝位二极管D6被充电，充电电荷量为△Qcx＝d*2a，箝位电容Cx两端的电压由1/2Vout-a变为1/2Vout+a。

三、在每个周期内的第三时间段t2内，第三功率开关管Q3开通，第四功率开关管Q4关断，箝位电容Cx通过第一功率开关管Q1向总母线放电，放电电荷量为△Qcx＝d*2a，箝位电容Cx两端的电压由1/2Vout+a变为1/2Vout-a。

四、在每个周期内的第四时间段内，第三功率开关管Q3关断，第四功率开关管Q4关断，箝位电容Cx电荷保持不变。

其中，若每个周期内，第一时间段t1和第三时间段t2中对第一输出母线滤波电容C1的充电电流的平均值为Ic1，则每个周期内对第一输出母线滤波电容C1的充电电荷量为△Qc1＝Ic1*(t1+t2)，每个周期内箝位电容Cx向总母线放电的电荷量为△Qcx＝d*2a，若母线中心节点O2的电位保持不变，则需△Qc1＝△Qcx，此时a＝(Ic1*(t1+t2))/(2*d)，母线中心节点O2保持不变。其中，a为参数变量，a的取值与第一输出母线滤波电容C1的电流Ic1、第一时间段t1的时间长度t1、第三时间段t2的时间长度t2、以及箝位电容Cx的容值d的值有关。可根据母线输出端1的大小设置a的取值。

在本发明实施例中，通过分别获取与驱动单元4中第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4对应的第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序；基于第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序输出第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号以及第四驱动信号，以驱动第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4开通或关闭，让每个周期内箝位电容Cx向母线输出端1的放电电荷量与每个周期内对第一输出母线滤波电容C1的充电电荷量相等，保持母线中心节点O2的电位不变，以控制母线输出端1输出稳定的电压。这样能够稳定的将升压电感L输出的电压传输到母线输出端1，使得功率拓扑电路能够提供稳定的电压。

实施例四

如图8所示，图8是本发明实施例提供的一种功率拓扑电路的控制装置的结构示意图，该功率拓扑电路的控制装置200用于控制如实施例一至实施例二提供的功率拓扑电路，该功率拓扑电路的控制装置200能够使用实施例三中的方法步骤，功率拓扑电路的控制装置200包括：

获取单元201，用于分别获取与驱动单元4中第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4对应的第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序；

开关管驱动单元202，用于基于第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序输出第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号以及第四驱动信号，以驱动第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4开通或关闭，让每个周期内箝位电容Cx向母线输出端1的放电电荷量与每个周期内对第一输出母线滤波电容C1的充电电荷量相等，保持母线中心节点O2的电位不变，以控制母线输出端1输出稳定的电压。

在本发明一实施方式中，第一驱动信号以及第二驱动信号在整个控制时间轴上均为高电平，以使第一功率开关管Q1以及第二功率开关管Q2为常通状态；。

在每个周期内的初始状态，第三驱动信号以及第四驱动信号均为低电平，以使第三功率开关管Q3均为关闭状态。

在每个周期内的第一时间段t1内，第三驱动信号为高电平，第四驱动信号为低电平，以使第三功率开关管Q3为开通状态，第四功率开关管Q4为关闭状态。

在每个周期内的第二时间段内，第三驱动信号以及第四驱动信号均为高电平，以使第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4均为开通状态；

在每个周期内的第三时间段t2内，第三驱动信号为高电平，第四驱动信号为低电平，以使第三功率开关管Q3为开通状态，第四功率开关管Q4为关闭状态。

在每个周期内的第四时间段内，第三驱动信号以及第四驱动信号为低电平，以使第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4为关闭状态，直到下一周期的到来。

本功率拓扑电路的控制装置200的工作原理为：

基于上述第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号以及第四驱动信号，以驱动第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4的开通或关闭，让每个周期内箝位电容Cx向母线输出端1的放电电荷量与每个周期内对第一输出母线滤波电容C1的充电电荷量相等，保持母线中心节点O2的电位不变，以控制母线输出端1输出稳定的电压。这样能够稳定的将升压电感L输出的电压传输到母线输出端1，使得功率拓扑电路能够提供稳定的电压。

具体的，功率拓扑电路的工作原理为：在整个控制时间轴上，第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2均为常通，每个周期内的初始状态，第三功率开关管Q3和第四功率开关管Q4的门极驱动电压均为低电平；在每个周期内的第一时间段t1内，第三功率开关管Q3的门极驱动电压为高电平、第四功率开关管Q4的门极驱动电压为低电平；第一时间段t1之后，也即每个周期内的第二时间段内，第三功率开关管Q3和第四功率开关管Q4的门极驱动电压均为高电平；每个周期内的第三时间段t2内，第三功率开关管Q3的门极驱动电压为高电平、第四功率开关管Q4的门极驱动电压为低电平。在每个周期内的第四时间段内，第三功率开关管Q3和第四功率开关管Q4的门极驱动电压均为低电平，直到下一周期的到来。

例如，假设总母线电压为Vout保持不变，该本功率拓扑电路工作的前x周期内，母线中心节点O2的电位一直升高，假设母线中心节点O2的电位升高至1/2Vout+a时，母线中心节点O2的电位不再发生变化，始终为1/2Vout+a；箝位电容Cx两端的电压为1/2Vout-a，箝位电容Cx的容值为d，箝位电容Cx两端的电压为1/2Vout+a。

由此可知，一、在每个周期内的第一时间段t1内，第三功率开关管Q3开通，第四功率开关管Q4关断，箝位电容Cx电荷保持不变，不充电也不放电，箝位电容Cx两端的电压为1/2Vout-a。

二、在每个周期内的第二时间段内，第三功率开关管Q3开通，第四功率开关管Q4开通，箝位电容Cx通过第二箝位二极管D6被充电，充电电荷量为△Qcx＝d*2a，箝位电容Cx两端的电压由1/2Vout-a变为1/2Vout+a。

三、在每个周期内的第三时间段t2内，第三功率开关管Q3开通，第四功率开关管Q4关断，箝位电容Cx通过第一功率开关管Q1向总母线放电，放电电荷量为△Qcx＝d*2a，箝位电容Cx两端的电压由1/2Vout+a变为1/2Vout-a。

四、在每个周期内的第四时间段内，第三功率开关管Q3关断，第四功率开关管Q4关断，箝位电容Cx电荷保持不变。

其中，若每个周期内，第一时间段t1和第三时间段t2中对第一输出母线滤波电容C1的充电电流的平均值为Ic1，则每个周期内对第一输出母线滤波电容C1的充电电荷量为△Qc1＝Ic1*(t1+t2)，每个周期内箝位电容Cx向总母线放电的电荷量为△Qcx＝d*2a，若母线中心节点O2的电位保持不变，则需△Qc1＝△Qcx，此时a＝(Ic1*(t1+t2))/(2*d)，母线中心节点O2保持不变。其中，a为参数变量，a的取值与第一输出母线滤波电容C1的电流Ic1、第一时间段t1的时间长度t1、第三时间段t2的时间长度t2、以及箝位电容Cx的容值d的值有关。可根据母线输出端1的大小设置a的取值。

在本发明实施例中，通过分别获取与驱动单元4中第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4对应的第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序；基于第一驱动时序、第二驱动时序、第三驱动时序以及第四驱动时序输出第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号以及第四驱动信号，以驱动第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4开通或关闭，让每个周期内箝位电容Cx向母线输出端1的放电电荷量与每个周期内对第一输出母线滤波电容C1的充电电荷量相等，保持母线中心节点O2的电位不变，以控制母线输出端1输出稳定的电压。这样能够稳定的将升压电感L输出的电压传输到母线输出端1，使得功率拓扑电路能够提供稳定的电压。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。