本單元電路的降壓變比的乘積，由此可以實現(xiàn)任意合數(shù)的變比。
[0032]變換器的輸入端與220V的50Hz市電連接，輸出端與負載連接。
[0033]功率開關組中的每個功率開關管均由驅動電路提供PWM信號進行驅動，驅動電路與各個功率開關管的柵極相連接。
[0034]如圖2所示，對于基本單元電路:第一功率開關組S1包括源極相互串聯(lián)的功率開關管M1和功率開關管M2,第二功率開關組S2包括源極相互串聯(lián)的功率開關管M 3和功率開關管M4,第三功率開關組S3包括源極相互串聯(lián)的功率開關管M 5和功率開關管M6，以此類推，第2N功率開關組S2n包括源極相互串聯(lián)的功率開關管M 41M和功率開關管M 4No
[0035]如圖2所示，2N-1個電容分別為電容C1、電容C2…電容C21^1。
[0036]如圖2所示，基本單元電路中的電容(^并聯(lián)在第一功率開關組S 第二功率開關組&串聯(lián)后的兩端，電容C 2并聯(lián)在第二功率開關組和第三功率開關組串聯(lián)后的兩端，電容(:3并聯(lián)在第三功率開關組和第四功率開關組串聯(lián)后的兩端，以此類推，電容(:21<_2并聯(lián)在第2N-2功率開關組S2N_2和第2N-1功率開關組S 21M串聯(lián)后的兩端，電容C 21^并聯(lián)在第2N-1功率開關組S2N_i和第2N功率開關組S 2N串聯(lián)后的兩端；
[0037]如圖1所示，每一級基本單元電路的基本原理與結構基本相同，只是每一級實現(xiàn)輸入輸出1/N變比的基本單元電路所含有的電容個數(shù)和功率開關組個數(shù)不同，每一級基本單元電路輸出的變比也發(fā)生相應的變化。
[0038]如圖1所示，對于第一級基本單元電路中含2N-1個電容(即電容C1、電容C2…電容C2N_i)，2N組功率開關組(Sp S2。。。S2N);每一組功率開關組包含兩個功率開關管，第一功率開關組S1包括源極相互串聯(lián)的功率開關管M i和功率開關管M 2，第二功率開關組&包括源極相互串聯(lián)的功率開關管％和功率開關管M4，第三功率開關組S3包括源極相互串聯(lián)的功率開關管M5和功率開關管M 6，以此類推，第2N功率開關組S2n包括源極相互串聯(lián)的功率開關管M4im和功率開關管M4n;可以實現(xiàn)輸入輸出電壓的1/N的變比；對于第二級基本單元電路中含2P-1個電容(即電容C1、電容C2…電容C2IM)，2P組功率開關組(SpS2。。。S2p);每一組功率開關組包含兩個功率開關管，第一功率開關組S1包括源極相互串聯(lián)的功率開關管M1和功率開關管M2,第二功率開關組S2包括源極相互串聯(lián)的功率開關管M 3和功率開關管M 4，第三功率開關組S3包括源極相互串聯(lián)的功率開關管M 5和功率開關管M 6，以此類推，第2P功率開關組S2p包括源極相互串聯(lián)的功率開關管M4im和功率開關管M4p;可以實現(xiàn)輸入輸出電壓的I/P的變比；以此類推，對于第R級基本單元電路中含2Q-1個電容(即電容C1、電容C2…電容(:2(Μ)，2(?組功率開關組(Sp S2。。。S20);每一組功率開關組包含兩個功率開關管，第一功率開關組S1包括源極相互串聯(lián)的功率開關管M i和功率開關管M 2，第二功率開關組&包括源極相互串聯(lián)的功率開關管％和功率開關管M4，第三功率開關組S3包括源極相互串聯(lián)的功率開關管M5和功率開關管M 6，以此類推，第2Q功率開關組S2q包括源極相互串聯(lián)的功率開關管M4ihl和功率開關管M 4Q;可以實現(xiàn)輸入輸出電壓的1/Q的變比；
[0039]本實用新型由R級基本單元電路級聯(lián)組成，隨著基本單元電路級數(shù)的變化，此開關電容型AC-AC變換器的輸出變比也隨之變化，按級數(shù)的增加依次實現(xiàn)逐級降壓，最后一級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級基本單元電路的降壓變比的乘積，由此得到輸入輸出電壓任意合數(shù)變比。每當次級基本單元電路的輸入端輸入電壓Ui連接在前一級基本單元電路所有功率開關組依次連接后的兩端，此時輸出端連接在次級基本單元電路中任一電容兩端，若此級基本單元電路中較多側電容個數(shù)為N，則可以得到變換后的輸出電壓U。為輸入端電壓u ,的1/N ;若再將下一級基本單元電路接入到次級基本單元電路中任一電容兩端，此時輸出端連接在此基本單元電路中任一電容兩端，若此下一級基本單元電路中較多側電容個數(shù)為P，可以得到變換后的輸出電壓U。為輸入端電壓u i的I/ (N.P);以此類推，若將第R級基本單元電路接入到第R-1級基本單元電路中任一電容兩端，此時輸出端連接在第R級基本單元電路中任一電容兩端，若此第R級基本單元電路中較多側電容個數(shù)為Q，可以得到變換后的輸出電壓U。為輸入端電壓1^的1/(NP…Q);通過接入基本單元電路的結構和級數(shù)的改變，實現(xiàn)逐級降壓，以此控制對輸出電壓不同變比的變級選擇。
[0040]每一組基本單元電路在接入到輸入端后，基本單元電路的等效電路由等效電阻和等效電容組成。其中等效電阻和等效電容的具體數(shù)值，會隨著所選取的功率開關管和電容的具體參數(shù)發(fā)生改變，但是等效電阻和等效電容的數(shù)值以及每級基本單元電路上產生的功率損耗均遠遠小于含有磁性元件的傳統(tǒng)的開關電源AC-AC變換器。同時每級基本單元電路中不含有磁性元件，僅由電容和功率開關管組成，與傳統(tǒng)的開關電源相比，體積大大減小，重量大大減輕，提高了功率密度。
[0041]由于基本單元電路的等效電路由等效電阻和等效電容組成，且等效電容的值遠遠小于每當次級基本單元電路接入到前級基本單元電路的三個電容的任一電容兩端時，此時前級任一電容兩端的電壓(即為次級基本單元電路的輸入電壓)記為Ui,由于前級的任一電容都在持續(xù)不斷的完成充放電的過程，可以被視為理想的電壓源，故次級的基本單元電路的分壓過程與前后級的基本單元電路之間是相互隔離且不受干擾的，經(jīng)過每一級基本單元電路的分壓過程，可以得到理想的1/N變比的均等分壓。由于每一前級基本單元電路的2N-1個電容的任一電容兩端的電壓均視為次級基本單元電路的理想的電壓源，故級聯(lián)型可實現(xiàn)任意合數(shù)變比的開關電容型AC-AC變換器的等效電容和等效電阻值均由第一級基本單元電路決定，隨著電路中基本單元電路級數(shù)的增加本實用新型變換器的等效電容和等效電阻值也不會發(fā)生改變。
[0042]在每級實現(xiàn)輸入輸出1/N變比的基本單元電路中電容C2確保電容C1和電容(:3兩端的電壓平衡，電容(；確保電容C3和電容C5兩端的電壓平衡，以此類推，電容C2N_2確保電容^-和電容^吣兩端的電壓平衡。在整個電壓周期中，每級實現(xiàn)輸入輸出1/N變比的基本單元電路中各個電容兩端的電壓都等于該級基本單元電路輸入電壓的1/N。
[0043]驅動電路提供驅動各個功率開關管的PWM信號，控制功率開關管的導通與關斷，使電路工作在不同的狀態(tài)。由于一般功率開關管的導通電壓為15V-20V，首先采用諸如SG3525的集成PWM控制芯片產生PWM信號，通過簡單的驅動電路將集成PWM控制芯片產生的電壓放大，以達到一般功率開關管的導通電壓，以達到對功率開關管導通與關閉的控制。集成PWM控制芯片產生的PWM信號如圖3所示，其中PWM信號周期(即功率開關管的開關周期O設為Ts，信號占空比為D。在一個周期內，當DTs為正半周期信號時，(1-D)為負半周期信號，兩個半周期交替進行。對于此級聯(lián)型可實現(xiàn)任意非質數(shù)變比的可變級開關電容型AC-AC變換器，以任意一級基本單元電路為例來進行說明，當DTs為PWM信號正半周期信號時，假設對功率開關組S1、S3 -S2lrf、S2lri進行導通控制，此時對功率開關組S 2、S^S2n_2、S2n進行關閉控制。當(1-D)Ts為正半周期信號時，假設對功率開關組S1、S3、S2lri進行導通控制，此時對功率開關組S2、S^S2n_2、S2n進行關閉控制。為了保證電路及電路中個電容上的電壓穩(wěn)定與平衡，通常采用的占空比為0.5。
[0044]因此在驅動電路提供PWM信號進行驅動的情況下，對于任意一級基本單元電路，在一個開關周期中，變換器有兩種具體工作狀態(tài)，以輸入電壓正半周期為例，工作狀態(tài)描述如下:
[0045]第一個狀態(tài):第一功率開關組S1、第三功率開關組S3。。。至第2N-1功率開關組Sn這N組功率開關組閉合，第二功率開關組S2、第四功率開關組S4。。。至第2N功率開關組S2n這N組功率開關組斷開；
[0046]在這種狀態(tài)下，電容C2充電，電容C 4放電，電容C 6充電，電容C