2023 08月23日
作者: 小白哥
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三电平降压(3-Level Buck)转换器简介

1.传统降压拓扑

传统的降压开关转换器包含两个MOS管、一个电感器、一个与输入源并联的输入电容器和一个输出电容器,如图下图所示。 两个MOS管的栅极信号是互补的,其占空比分别为D和1–D(D=VOUT/VIN)。开关之间的节点电压VSW在 VIN和0V之间变化;这就是术语“两级降压(2L Buck)转换器”的由来。

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2. 3-Level Buck工作原理

3L降压转换器包含一个飞跨电容器CFLY、一个电感器和四个MOS管。 VSW开关节点电压在VIN、VIN/2 和接地之间变化,这就是术语“3L(三电平)”的由来。 Q1的栅极信号D=VOUT/VIN,Q3的栅极信号与Q1的栅极信号有180度的相移,如下图所示。

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2.1 D<0.5(VOUT<VIN/2)

工作过程如下:

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2.2 D>0.5(VIN/2<VOUT<VIN)

工作过程如下:

9.jpg

10.jpg

2.3 D=0.5

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D=0.5 (50%)时,Q1和Q4在一半周期时间内导通;Q3和Q2在另一半周期时间内导通。这使 VSW保持为VIN/2,按照定义,该电压等于VOUT。电感器两端没有电压,因此纹波电流变为零。

以上就是3-Level Buck在各种场景下工作流程,从中我们可以知道,较传统的2-Level Buck,3-Level Buck降低了所有操作模式下电感器和开关上的电压应力,由于MOS管的栅极信号相位相差180° ,因此VSW节点处的开关频率fSW_3L是类似的2L转换器开关频率fSW_2L的两倍,那么如下几个优势就明显体现出来了:

1、电感器最大电流纹波降低至2-Level Buck的四分之一,同等情况下,输出电压纹波也会更低。

2、更小的电流纹波对应更小的电感值,尺寸也将降低,布局空间更有优势。


  

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