級(jí)聯(lián)型實(shí)現(xiàn)任意合數(shù)變比的開(kāi)關(guān)電容型ac-ac變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及了一種無(wú)磁性元件變換器，尤其是涉及了電力電子變換的技術(shù)領(lǐng)域的一種級(jí)聯(lián)型實(shí)現(xiàn)任意合數(shù)變比的開(kāi)關(guān)電容型AC-AC變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的交流電能變換通常采用電磁變壓器，具有電氣隔離、效率高、容量大等優(yōu)點(diǎn)，但也存在體積大、音頻噪聲大、諧波污染等缺點(diǎn)。同時(shí)傳統(tǒng)的電磁變壓器滿(mǎn)足不了電氣電子設(shè)備小型化的要求。
[0003]電力電子系統(tǒng)集成化的關(guān)鍵技術(shù)之一是磁性元件(電感或變壓器)的小型化和微型化，在軟開(kāi)關(guān)技術(shù)下提高開(kāi)關(guān)頻率無(wú)疑是一個(gè)十分有效的措施，這樣電路中電感和變壓器的體積都可以縮小，整個(gè)電路的性能都得到提升；然而，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率達(dá)到400KHz-500KHz左右時(shí)，主開(kāi)關(guān)與磁性元件的損耗增加，轉(zhuǎn)換效率下降，電磁噪聲加大，用于抑制噪聲的濾波電容的體積隨著增大，再提高開(kāi)關(guān)頻率，只能帶來(lái)負(fù)面的影響，因此，通過(guò)提高開(kāi)關(guān)頻率的方式減小電源體積己經(jīng)沒(méi)有余地。
[0004]減少磁性元件的基本思路是發(fā)展無(wú)感變換器，開(kāi)關(guān)電容型AC-AC變換器就是一種典型的無(wú)感變換器，它是將電容和一定數(shù)量的功率開(kāi)關(guān)組合起來(lái)，電容的充放電通過(guò)對(duì)功率開(kāi)關(guān)的控制實(shí)現(xiàn)，由電容和功率開(kāi)關(guān)的組合實(shí)現(xiàn)許多不同變比的電路。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為了解決【背景技術(shù)】中存在的問(wèn)題，深入研宄開(kāi)關(guān)電容型AC-AC變換器原理，本實(shí)用新型的目的在于提供一種級(jí)聯(lián)型實(shí)現(xiàn)任意合數(shù)變比的開(kāi)關(guān)電容型AC-AC變換器，設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制簡(jiǎn)便、成本低廉的新型電子變壓器來(lái)取代傳統(tǒng)的變壓器，并且同時(shí)可達(dá)到實(shí)現(xiàn)任意合數(shù)變比的不同檔位的電壓輸出，可應(yīng)用于其他檔位調(diào)速的設(shè)計(jì)中。
[0006]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0007]主要由多個(gè)用于實(shí)現(xiàn)輸入輸出1/N變比的基本單元電路依次級(jí)聯(lián)構(gòu)成，基本單元電路由電容和多組依次串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)組組成，每組功率開(kāi)關(guān)組包括兩個(gè)源極相互串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)管，任意相鄰兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端均并聯(lián)有一電容，驅(qū)動(dòng)電路與各個(gè)功率開(kāi)關(guān)管的柵極相連接；級(jí)聯(lián)方式為由次一級(jí)基本單元電路中所有功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后兩端并聯(lián)到上一級(jí)基本單元電路中任意一電容兩端，由此形成所述開(kāi)關(guān)電容型AC-AC變換器。
[0008]所述第一級(jí)基本單元電路中所有功率開(kāi)關(guān)組依次串聯(lián)后的兩端作為電源輸入端，最后一級(jí)基本單元電路中任一電容兩端作為電源輸出端。
[0009]所述的各級(jí)基本單元電路中電容的數(shù)量和功率開(kāi)關(guān)組的組數(shù)相同。
[0010]所述的各級(jí)基本單元電路中電容的數(shù)量和功率開(kāi)關(guān)組的組數(shù)不相同。
[0011]各個(gè)基本單元電路所達(dá)到的降壓變比不相同，最后一級(jí)基本單元電路電源輸出端的電壓與電源輸入端電壓的變比為各個(gè)基本單元電路的降壓變比的乘積，故可實(shí)現(xiàn)任意非質(zhì)數(shù)變比。
[0012]所述的變換器的輸入端與220V的50Hz市電連接，輸出端與負(fù)載連接。
[0013]所述的功率開(kāi)關(guān)組中的每個(gè)功率開(kāi)關(guān)管均由驅(qū)動(dòng)電路提供PWM信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路與各個(gè)功率開(kāi)關(guān)管的柵極相連接。
[0014]本實(shí)用新型提出了將基本單元電路級(jí)聯(lián)的新思路，基于可實(shí)現(xiàn)輸入輸出1/N變比的基本單元電路結(jié)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)更多不同的變比得到更多全新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將基本單元電路級(jí)聯(lián)，打破了原有的將AC-AC變換器縱向拓展的固有思路，具有極大的創(chuàng)新性和研宄價(jià)值。
[0015]本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果:
[0016]本實(shí)用新型僅以電容作為儲(chǔ)能元件，驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而控制電容的充放電時(shí)間，每一級(jí)基本單元電路隨著較多側(cè)電容數(shù)N的改變，輸出的變比發(fā)生相應(yīng)的變化；通過(guò)接入基本單元電路的級(jí)數(shù)的改變，實(shí)現(xiàn)逐級(jí)降壓，可實(shí)現(xiàn)任意合數(shù)變比，以此控制對(duì)輸出電壓任意合數(shù)變比的變級(jí)選擇。
[0017]本實(shí)用新型由于不含有磁性元件，因此具有體積小、重量輕、電源效率高等優(yōu)點(diǎn)。隨著電路中基本單元電路級(jí)數(shù)的增加，電路的等效內(nèi)阻基本與第一級(jí)實(shí)現(xiàn)輸入輸出1/N變比的基本單元電路的等效內(nèi)阻一致保持不變。與此同時(shí)降低了變換器的體積與重量，提高了功率密度。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型AC-AC變換器的電路拓?fù)鋱D。
[0019]圖2是基本單元電路施加電壓到一側(cè)。
[0020]圖3是基本單元電路中功率開(kāi)關(guān)管接收驅(qū)動(dòng)的PWM信號(hào)波形圖。
[0021]圖4是實(shí)施例1實(shí)現(xiàn)1/6變比的電容型AC-AC變換器的電路拓?fù)鋱D。
[0022]圖5是實(shí)施例2實(shí)現(xiàn)1/12變比的電容型AC-AC變換器的電路拓?fù)鋱D。
[0023]圖6是是輸入電壓1^與220V的50Hz市電連接，接入到兩級(jí)基本單元電路，進(jìn)行三分壓后，實(shí)現(xiàn)1/6變比的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0024]圖7是是輸入電壓七與220V的50Hz市電連接，接入到三級(jí)基本單元電路，進(jìn)行三分壓后，實(shí)現(xiàn)1/12變比的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0025]圖中:U1、輸入電壓，&、負(fù)載電阻，U。、輸出電壓，D為PWM信號(hào)的占空比，T^PWM
信號(hào)周期。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]如圖1所示，本實(shí)用新型主要由多個(gè)基本單元電路依次級(jí)聯(lián)構(gòu)成:每個(gè)基本單元電路包括2N-1個(gè)電容和2N組依次串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)組，如圖2所示，2N組功率開(kāi)關(guān)組依次分別為第一功率開(kāi)關(guān)組、第二功率開(kāi)關(guān)組…第2N功率開(kāi)關(guān)組，每組功率開(kāi)關(guān)組包括兩個(gè)源極相互串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)管；2N-1個(gè)電容分別為第一電容、第二電容…第2N-1電容，第一電容并聯(lián)在第一功率開(kāi)關(guān)組和第二功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端，第二電容并聯(lián)在第二功率開(kāi)關(guān)組和第三功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端，第三電容并聯(lián)在第三功率開(kāi)關(guān)組和第四功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端，以此類(lèi)推，第2N-2個(gè)電容并聯(lián)在第2N-2功率開(kāi)關(guān)組和第2N-1功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端，第2N-1個(gè)電容并聯(lián)在第2N-1功率開(kāi)關(guān)組和第2N功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端，此時(shí)當(dāng)輸入電壓的輸入端連接在功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端，第一級(jí)基本單元中任一電容的兩端的輸出電壓，均可以得到輸入電壓的1/N的變比。
[0028]如圖1所示，所述的基本單元電路的數(shù)量為R個(gè)，R個(gè)基本單元電路的電容數(shù)可以任意改變，即R個(gè)基本單元電路所達(dá)到的降壓變比各不相同，每一級(jí)基本單元電路中隨著較多側(cè)電容數(shù)N的改變，輸出的變比發(fā)生相應(yīng)的變化，如圖1所示，第2級(jí)基本單元電路中包括2P-1個(gè)電容和2P組依次串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)組，如圖1所示，2P組功率開(kāi)關(guān)組依次分別為第一功率開(kāi)關(guān)組、第二功率開(kāi)關(guān)組…第2P功率開(kāi)關(guān)組，每組功率開(kāi)關(guān)組包括兩個(gè)源極相互串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)管；2P-1個(gè)電容分別為第一電容、第二電容…第2P-1電容，第一電容并聯(lián)在第一功率開(kāi)關(guān)組和第二功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端，第二電容并聯(lián)在第二功率開(kāi)關(guān)組和第三功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端，第三電容并聯(lián)在第三功率開(kāi)關(guān)組和第四功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端，以此類(lèi)推，第2P-2個(gè)電容并聯(lián)在第2P-2功率開(kāi)關(guān)組和第2P-1功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端，第2P-1個(gè)電容并聯(lián)在第2P-1功率開(kāi)關(guān)組和第2P功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端，此時(shí)當(dāng)前端的輸入電壓的輸入端連接在第2級(jí)基本單元電路中的所有功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端，第2級(jí)基本單元中任一電容的兩端的輸出電壓，均可以得到輸入電壓的1/P的變比；以此類(lèi)推，如圖1所示，第R級(jí)基本單元電路中任一電容的兩端的輸出電壓，均可以得到輸入電壓的1/Q的變比。
[0029]級(jí)聯(lián)方式為由次一個(gè)基本單元電路中所有功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端連接到前一個(gè)基本單元電路中任一電容的兩端，每一級(jí)均以級(jí)聯(lián)的方式連接在前一的基本單元電路上，最后一級(jí)基本單元電路電源輸出端的電壓與電源輸入端電壓的變比為R級(jí)基本單元電路的降壓變比的乘積，如圖1所示，即變比為1/(NP…Q)，故可以實(shí)現(xiàn)任意合數(shù)變比，由此形成本實(shí)用新型AC-AC變換器。
[0030]第一級(jí)基本單元電路中2N組功率開(kāi)關(guān)組依次串聯(lián)后的兩端作為電源輸入端，最后一級(jí)基本單元電路中任一電容兩端作為電源輸出端。
[0031]例如基本單元電路的數(shù)量為R個(gè)，隨著每一級(jí)基本單元電路中較多側(cè)電容數(shù)N的改變，最后一級(jí)基本單元電路電源輸出端的電壓為R級(jí)基