[发明专利]一种基于对称结构的开关电容倍压型直流源

说明书

技术领域

本发明属于DC-DC升压变换技术领域，具体涉及一种基于对称结构的开关电容倍压型直流源。

背景技术

近年来，能源的短缺和环境的污染已经成为世界的焦点，可再生能源的发展和应用受到世界各国的广泛关注。在可再生能源发电系统中，许多可再生能源发出的电能都是电压较低的直流电，而向电网送电需要电压较高的直流电，因此需要直流—直流变换器把低电压直流电转换为适合并网的高电压直流电。在清洁能源电动汽车领域中，往往需要将电池提供的低压单一的直流电转换为不同电压值的高压直流电，这就在DC-DC转换中的效率和输出直流电压的稳定性方面有很高的要求。所以低输出电压纹波、高增益、高效率的变换器在可再生能源并网发电和清洁能源电动汽车应用领域里有着非常重要的作用。

常规的DC-DC升压变换器结构简单，应用广泛，但该类变换器的输出电压电流波动较大，需要加入滤波电感，进一步增加了成本、降低了效率。例如常用的Boost升压电路，因为其输出侧二极管的电流是脉动的，使得输出电压纹波很大，所以在实际应用中，在二极管和输出级间需要串联一个滤波电感。

常用的变压器隔离型直流升压变换电路，因其电路中含有变压器，体积大大增加了，不利用大规模集成化生产，而且其变压器中含有磁芯材料，损耗会大大增加，导致效率的进一步提高受到了很大的限制。

常规的DC-DC变换电路大多数是通过串联电感器件来减少输出电流文波，但所有功率均经过电感器件，在一定程度上增加了电路的体积、增加了电路的EMI（电磁干扰），并且不利于电路的集成化生产，电感损耗会进一步降低了电路的效率。近年来相继出现了一些固定变比的开关电容型变换器，虽然在主电路中避免了使用电感元件，但是其输出电压纹波较大，制约了该类电路在实际生产生活中的进一步应用。为解决开关电容型直流变换器的输出电电压纹波问题，常规的做法是在输出侧加电感器件，但这样做会增加电路的损耗，降低效率，并且增加了电路的尺寸，制约了该类直流变换器的集成化生产。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于对称结构的开关电容倍压型直流源，能够有效减小输出电压纹波。

一种基于对称结构的开关电容倍压型直流源，包括一直流电源和一DC-DC变换器，所述的DC-DC变换器用于对直流电源两端电压进行倍比升压后输出；

所述的DC-DC变换器包括开关电容单元和与开关电容单元相连的能量传递单元；所述的开关电容单元由2n+1个开关电容模块M₁～M_2n+1依次串联组成，n为自然数；其中，开关电容单元中处于最中间的开关电容模块M_n+1与所述的直流电源并联。

优选地，所述的开关电容模块由一电容C和两个开关管S₁～S₂组成；其中，电容C的一端与开关管S₁的一端相连并构成开关电容模块的一端，开关管S₁的另一端与开关管S₂的一端相连并构成开关电容模块的中间节点，开关管S₂的另一端与电容C的另一端相连并构成开关电容模块的另一端，两个开关管S₁～S₂的控制极均接收外部设备提供的开关控制信号；有利于在系统中的通用性及集成化生产。

优选地，所述的开关管S₁接收的开关控制信号与开关管S₂接收的开关控制信号相位互补且存在死区时间；能够防止一个模块中的两个开关管同时导通时整个电路的短路现象。

优选地，所述的能量传递单元由2n个电容C₁～C_2n串联组成，能量传递单元从一端至另一端依次包含有2n+1个连接端子p₁～p_2n+1；其中，2n+1个连接端子p₁～p_2n+1包括2n个电容C₁～C_2n串联后形成的2个悬空端以及2n-1个连接节点；所述的2n+1个连接端子p₁～p_2n+1分别与2n+1个开关电容模块M₁～M_2n+1的中间节点对应连接；输入源通过能量传递单元将其能量传递给各个级联模块，最终实现输出电压的倍压功能。