CN113054831B - 一种三电平开关电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种三电平开关电路，包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和飞跨电容，第一开关管和第二开关管串联、第三开关管和第四开关管串联，第二开关管连接第三开关管，第一开关管第一端为开关电路的输入端或者输出端，第四开关管第二端接地；所述飞跨电容第一端连接第一开关管和第二开关管的公共连接端，所述飞跨电容第二端连接第三开关管和第四开关管的公共连接端，所述三电平开关电路还包括第一电容，所述第一电容一端连接所述飞跨电容第一端，所述四开关管导通时，通过第一电压给所述第一电容充电；所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管均为NMOS管。本发明在开关管为NMOS管时，能够实现开关电路的驱动。

Description

一种三电平开关电路
技术领域
本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种三电平开关电路。
背景技术
在现有技术中，三电平开关电路中，以三电平降压电路为例，包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和飞跨电容，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管依次串联连接，所述第一开关管第一端接收输入电压VIN，所述第四开关管第二端接地；所述飞跨电容第一端连接第一开关管和第二开关管的公共连接端，所述飞跨电容第二端连接第三开关管和第四开关管的公共连接端。三电平降压电路的四个开关管通常采用PMOS管，但四个开关管采用NMOS管情况下，在第一开关管导通时，第一开关管第二端电压接近输入电压VIN，第二开关管不能正常被驱动；在第一开关管和第二开关管都导通时，第二开关管第二端电压接近输入电压VIN，第二开关管不能正常被驱动。
发明内容
本发明的目的是提供一种可正常驱动的三电平开关电路，解决了现有技术中三电平开关电路采用NMOS管，不能正常驱动的问题。
基于上述目的，本发明提供了一种三电平开关电路，包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和飞跨电容，所述第一开关管和所述第二开关管串联，所述第三开关管和所述第四开关管串联，所述第二开关管连接所述第三开关管，所述第一开关管第一端为三电平开关电路的输入端或者输出端，所述第四开关管第二端接地；所述飞跨电容第一端连接第一开关管和第二开关管的公共连接端，所述飞跨电容第二端连接第三开关管和第四开关管的公共连接端，所述三电平开关电路还包括第一电容，所述第一电容一端连接所述飞跨电容第一端，所述四开关管导通时，通过第一电压给所述第一电容充电；所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管均为NMOS管。
可选的，根据三电平开关电路的输入电压、飞跨电容第一端电压或者飞跨电容第二端电压得到所述第一电压。
可选的，所述三电平开关电路还包括第二电容，所述第二电容一端连接所述第二开关管和第三开关管的公共连接端；所述第三开关管导通时，通过第二电压给所述第二电容充电。
可选的，根据三电平开关电路的输入电压、飞跨电容第一端电压或者飞跨电容第二端电压得到所述第二电压。
可选的，所述三电平开关电路还包括第一开关管驱动电路，所述第一电容电压用于给第一开关管驱动电路供电。
可选的，所述三电平开关电路还包括第二开关管驱动电路，所述第二电容电压用于给第二开关管驱动电路供电。
可选的，所述三电平开关电路还包括第一充电控制电路，其输入端接收三电平开关电路的输入电压、飞跨电容第一端电压或者飞跨电容第二端电压，其输出端连接所述第一电容；所述第四开关管导通时，第一充电控制电路根据所述输入电压、飞跨电容第一端电压或者飞跨电容第二端电压得到第一电容的充电电压。
可选的，所述三电平开关电路还包括第二充电控制电路，其输入端接收三电平开关电路的输入电压、飞跨电容第一端电压或者飞跨电容第二端电压，其输出端连接所述第二电容正极；所述第三开关管导通时，第二充电控制电路根据所述输入电压、飞跨电容第一端电压或者飞跨电容第二端电压得到第二电容的充电电压。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：采用NMOS管的三电平开关电路，通过设置第一电容和第二电容，使得三电平开关电路的第一开关管和第二开关管的供电的正常，从而能够正常驱动。
附图说明
图1为本发明三电平降压电路的原理图；
图2为本发明三电平升压电路的原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和区间上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，示意了本发明三电平降压电路的原理图，三电平开关电路包括第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4和飞跨电容Cf，所述第一开关管M1和第二开关管M2串联、第三开关管M3和第四开关管M4串联，所述第二开关管M2和所述第三开关管M3连接，所述第一开关管M1第一端接收输入电压VIN，所述第四开关管M4第二端接地；所述飞跨电容Cf第一端连接第一开关管M1和第二开关管M2的公共连接端，所述飞跨电容Cf第二端连接第三开关管M3和第四开关管M4的公共连接端。所述三电平开关电路还包括第一电容C1，所述第一电容C1一端连接所述飞跨电容Cf第一端，所述四开关管导通时，通过第一电压给所述第一电容C1充电；所述第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3和第四开关管M4均为NMOS管。所述三电平开关电路还包括第二电容C2，所述第二电容C2一端连接所述第二开关管M2和第三开关管M3的公共连接端；所述第三开关管M3导通时，通过第二电压给所述第二电容C2充电。所述第一电容C1电压给所述第一开关管M1的驱动电路供电，具体的，第一开关管M1驱动电路的参考地电压为第一开关管M1的源极电压(第一电容C1低电位端电压)，由于第一开关管M1驱动电路需要供电才能正常驱动第一开关管M1，其供电电压需要比源极电压大，因此，第一电容C1的高电位端A端的电压作为第一开关管M1的供电电压。第二开关管M2驱动电路的供电电压参照第一开关管M1驱动电路的供电电压设置，为第二电容C2高电位端B端的电压。
所述三电平开关电路还包括第一充电控制电路，其输入端接收所述输入电压VIN、飞跨电容Cf正极电压或者飞跨电容Cf负极电压，其输出端连接所述第一电容C1；所述第四开关管M4导通时，所述第一充电控制电路使能，第一充电控制电路根据输入电压VIN、飞跨电容Cf正极电压或者飞跨电容Cf负极电压得到第一电容C1的充电电压。所述第一控制电路可以直接将输入电压VIN作为电容C1的充电电压，或者第一控制电路作为一个LDO将飞跨电容Cf第一端电压C+或飞跨电容Cf第二端电压C-经线性调整后得到所述第一电压，要想得到合适的第一电压，不同的电压经LDO的线性调整率不同。为了防止飞跨电容Cf第一端电压C+被突然拉高，第一电容C1放电，还可以在第一充电控制电路中设置反向二极管。总之，要从输入电压VIN或者电路中合适的节点取电，并将其转化为合适的第一电压给第一电容C1充电，从而使得第一电压C1高电位端电压能够满足第一开关管M1的供电需求。
所述三电平开关电路还包括第二充电控制电路，其输入端接收所述输入电压VIN、飞跨电容Cf第一端电压或者飞跨电容Cf第二端电压，其输出端连接所述第二电容C2；所述第三开关管M3导通时，所述第二充电控制电路使能，第二充电控制电路根据所述输入电压VIN、飞跨电容Cf第一端电压或者飞跨电容Cf第二端电压得到第二电容C2的充电电压。所述第二充电控制电路的设置原理参照第一控制电路的设置原理。
如图2所示，示意了本发明三电平升压电路的原理图，其与三电平降压电路的电路结构类似，只不过三电平降压电路的输入端变成输出端，三电平降压电路的输出端变为输入端。其设置第一电容C1和设置第二电容C2的位置和原理和三电平降压电路中类似，具体参考三电平降压电路的分析，这里不做赘述。
在本原理图1、2中，由于开关管需要驱动电路驱动是一种基本的公知常识，为了使得原理图看起来清晰简洁，图中并未画出驱动电路的原理图或者框图，但这并不影响本发明所要阐明的技术内容。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三电平开关电路，包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和飞跨电容，所述第一开关管和所述第二开关管串联，所述第三开关管和所述第四开关管串联，所述第二开关管连接所述第三开关管，所述第一开关管第一端为三电平开关电路的输入端或者输出端，所述第四开关管第二端接地；所述飞跨电容第一端连接第一开关管和第二开关管的公共连接端，所述飞跨电容第二端连接第三开关管和第四开关管的公共连接端，其特征在于：
所述三电平开关电路还包括第一电容，所述第一电容一端连接所述飞跨电容第一端，所述四开关管导通时，通过第一电压给所述第一电容充电；所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管均为NMOS管；
还包括第二电容，所述第二电容一端连接所述第二开关管和第三开关管的公共连接端；所述第三开关管导通时，通过第二电压给所述第二电容充电。
2.根据权利要求1所述的三电平开关电路，其特征在于：根据三电平开关电路的输入电压、飞跨电容第一端电压或者飞跨电容第二端电压得到所述第一电压。
3.根据权利要求1所述的三电平开关电路，其特征在于：根据三电平开关电路的输入电压、飞跨电容第一端电压或者飞跨电容第二端电压得到所述第二电压。
4.根据权利要求1所述的三电平开关电路，其特征在于：还包括第一开关管驱动电路，所述第一电容电压用于给第一开关管驱动电路供电。
5.根据权利要求4所述的三电平开关电路，其特征在于：还包括第二开关管驱动电路，所述第二电容电压用于给第二开关管驱动电路供电。
6.根据权利要求1所述的三电平开关电路，其特征在于：还包括第一充电控制电路，其输入端接收三电平开关电路的输入电压、飞跨电容第一端电压或者飞跨电容第二端电压，其输出端连接所述第一电容；所述第四开关管导通时，第一充电控制电路根据所述输入电压、飞跨电容第一端电压或者飞跨电容第二端电压得到第一电容的充电电压。
7.根据权利要求1所述的三电平开关电路，其特征在于：还包括第二充电控制电路，其输入端接收三电平开关电路的输入电压、飞跨电容第一端电压或者飞跨电容第二端电压，其输出端连接所述第二电容；所述第三开关管导通时，第二充电控制电路根据所述输入电压、飞跨电容第一端电压或者飞跨电容第二端电压得到第二电容的充电电压。
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