实现1/n及其衍生变比的开关电容型ac-ac变换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及了一种AC-AC变换器，尤其是涉及了一种实现1/N及其衍生变比的开关电容型AC-AC变换器。
【背景技术】
[0002]传统的交流电能变换通常采用电磁变压器，具有电气隔离、效率高、容量大等优点，但也存在体积大、音频噪声大、谐波污染等缺点。同时传统的电磁变压器满足不了电气电子设备小型化的要求。
[0003]电力电子系统集成化的关键技术之一是磁性元件(电感或变压器)的小型化和微型化，在软开关技术下提高开关频率无疑是一个十分有效的措施，这样电路中电感和变压器的体积都可以缩小，整个电路的性能都得到提升；然而，当开关频率达到400KHz-500KHz左右时，主开关与磁性元件的损耗增加，转换效率下降，电磁噪声加大，用于抑制噪声的滤波电容的体积随着增大，再提高开关频率，只能带来负面的影响，因此，通过提高开关频率的方式减小电源体积己经没有余地。
[0004]减少磁性元件的基本思路是发展无感变换器，开关电容型AC-AC变换器就是一种典型的无感变换器，它是将电容和一定数量的功率开关组合起来，电容的充放电通过对功率开关的控制实现，由电容和功率开关的组合实现许多不同变比的电路。
【实用新型内容】
[0005]为了解决【背景技术】中存在的问题，深入研宄开关电容型AC-AC变换器原理，本实用新型的目的在于提供一种实现1/N及其衍生变比的开关电容型AC-AC变换器。设计了结构简单、控制简便、成本低廉的新型电子变压器来取代传统的变压器，并且同时可以实现输入输出1/N至(N+l)/N与1/(N+1)至N/(N+1)等多种变比，提出了级接的连接方式，可应用于其他电压变换装置，可变档位调速的设计中。
[0006]本实用新型采用的技术方案是:
[0007]包括I一2型基本单元电路和依次级接到I一2型基本单元电路的多个级接单元:1—2型基本单元电路包括三个基本电容和四组依次串联的基本功率开关组，四组基本功率开关组依次分别为第一基本功率开关组、第二基本功率开关组、第三基本功率开关组和第四基本功率开关组；三个基本电容分别为第一基本电容、第二基本电容和第三基本电容，第一基本电容并联在第一基本功率开关组和第二基本功率开关组串联后的两端，第二基本电容并联在第二基本功率开关组和第三基本功率开关组串联后的两端，第三基本电容并联在第三基本功率开关组和第四基本功率开关组串联后的两端；
[0008]级接单元主要由两个级接电容和两组依次串联的级接功率开关组组成，第一级接电容的一端与两组级接功率开关组串联之间的节点连接，第二级接电容并联到两组级接功率开关组串联后的两端；对于第一级级接单元，其两组级接功率开关组串联后串联到I一2型基本单元电路的最后一组基本功率开关组，其第一级接电容的另一端连接到I一2型基本单元电路中最后两组基本功率开关组串联之间的节点；对于第二级级接单元及以上的级接单元，两组级接功率开关组串联后串联到上一级级接单元的最后一组级接功率开关组，其第一级接电容的另一端连接到上一级级接单元中两组级接功率开关组串联之间的节点。
[0009]所述的基本功率开关组和级接功率开关组结构相同，均包括两个源极相互串联的功率开关管。
[0010]所述的1一2型基本单元电路的数量为I个，所述的级接单元的数量为N-1个，接入第N-1级级接单元后，随着输入端和输出端的不同连接得到1/N至(N+l)/N与1/(N+1)至N/(N+1)等多种不同变比。
[0011]当电压输入端连接在I一2型基本单元电路及其各个级接单元N个电容串联后的两端，电压输出端连接在I一2型基本单元电路及其各个级接单元中任一电容的两端，得到输入电压的1/N的变比；
[0012]当电压输入端连接在I一2型基本单元电路及其各个级接单元N个电容串联后的两端，电压输出端连接在I一2型基本单元电路及其各个级接单元任意多个电容串联后的两端，随着输出端接入电容个数的变化，得到输入电压的1/N至(N+l)/N的变比；
[0013]当电压输入端连接在I一2型基本单元电路及其各个级接单元N+1个电容串联后的两端，电压输出端连接在I一2型基本单元电路及其各个级接单元任一电容的两端，得到输入电压的1/(N+1)的变比；
[0014]当电压输入端连接在I一2型基本单元电路及其各个级接单元N+1个电容串联后的两端，电压输出端连接在I一2型基本单元电路及其各个级接单元任意多个电容串联后的两端，随着输出端接入电容个数的变化，得到输入电压的1/(N+1)至N/(N+1)的变比。
[0015]所述的变换器的输入端与220V的50Hz市电连接，输出端与负载电阻连接。
[0016]所述的功率开关组中的每个功率开关管均由驱动电路提供PWM信号进行驱动，驱动电路与各个功率开关管的栅极相连接。
[0017]本实用新型采用上述技术方案，具有以下有益效果:
[0018]基于I一2型基本单元电路的原理及电路结构，为了实现更多不同的变比，得到更多全新的电路拓扑结构，本实用新型提出了将I一2型基本单元电路和级接单元依次级接的新思路，将级接单元级接到前端的电路结构中，打破了原有基于电容的AC-AC变换器的研宄思路，具有极大的创新性和研宄价值。
[0019]本实用新型仅以电容作为储能元件，驱动信号控制功率开关管的导通与关断，从而控制电容的充放电时间，I一2型基本单元电路通过两侧不同的上电模式，可以得到2与1/2两种变比；随着接入级接单元的级数的增加，可实现的变比也随之发生变化，当加入第N-1级接单元后，可以实现输入输出1/N至(N+l)/N与1/(N+1)至N/(N+1)等多种变比，以此控制对输出电压不同变比的变级选择。
[0020]本实用新型由于不含有磁性元件，因此具有体积小、重量轻、电源效率高等优点。与此同时降低了变换器的体积与重量，提高了功率密度。
【附图说明】
[0021]图1是I一2型基本单元电路的电路拓扑图。
[0022]图2是级接单元的电路拓扑图。
[0023]图3是本实用新型实施例1的电路拓扑图。
[0024]图4是本实用新型实施例3时的电路拓扑图。
[0025]图5是本实用新型中功率开关管接收驱动的PWM信号波形图。
[0026]图中！U1、输入电压，&、负载电阻，U。、输出电压，D、PWM信号的占空比，TS、PWM信号周期。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对实用新型的技术方案进行详细说明。
[0028]如图3、图4所示，本实用新型包括I一2型基本单元电路和依次级接到I一2型基本单元电路的多个级接单元:如图1所示，1—2型基本单元电路包括三个基本电容和四组依次串联的基本功率开关组，四组基本功率开关组依次分别为第一基本功率开关组、第二基本功率开关组、第三基本功率开关组和第四基本功率开关组；三个基本电容分别为第一基本电容、第二基本电容和第三基本电容，第一基本电容并联在第一基本功率开关组和第二基本功率开关组串联后的两端，第二基本电容并联在第二基本功率开关组和第三基本功率开关组串联后的两端，第三基本电容并联在第三基本功率开关组和第四基本功率开关组串联后的两端；如图2所示，级接单元由两个级接电容和两组依次串联的级接功率开关组组成，第一级接电容的一端与两组级接功率开关组串联之间的节点连接，第二级接电容并联到两组级接功率开关组串联后的两端。
[0029]如图3、图4所示，对于第一级级接单元，其两组级接功率开关组串联后串联到I一2型基本单元电路的最后一组基本功率开关组，其第一级接电容的另一端连接到I一2型基本单元电路中最后两组基本功率开关组串联之间的节点；对于第二级级接单元及以上的级接单元，两组级接功率开关组串联后串联到上一级级接单元的最后一组级接功率开关组，其第一级接电容的另一端连接到上一级级接单元中两组级接功率开关组串联之间的节点。
[0030]上述基本功率开关组和级接功率开关组结构相同，均包括两个源极相互串联的功率开关管。
[0031]如图3所示，当第一级级接单元连接在I一2型基本单元电路上时，第一级级接单元的第一级接功率开关组的一端连接在I一2型基本单元电路串联的功率开关组的第四基本功率开关组上，此时级第一级级接单元的第一级接功率开关组和第二级接级接功率开关组分别为组成新电路结构的第五功率开关组和第六功率开关组，第一级级接单元的第一级接电容的一端连接在I一2型基本单元电路中的第二基本电容上，第一级级接单元的第二级接电容的一端连接在I一2型基本单元电路中的第三基本电容上。级接后的电路形成了新的2— 3型电路结构，功率开关组两侧的电容个数分别为2和3，此时第一级级接单元的第一电容为新的电路结构中的第四电容，第一级级接单元的第二电容为新电路结构中的第五电容。
[0032]以此类推，当第N-1级级接单元连接在(N-1) —N型电路结构上时，第N-1级级