[发明专利]一种高效开关电容电力变换器

说明书

技术领域

本发明属于电力变换设备领域，具体涉及一种高效开关电容电力变换器。

技术背景

如今，在功率变换器设计中，如何平衡效率与成本一直是人们的关注重点，一方面是新材料与新器件的发展，如器件新工艺的发展和新的半导体材料的发明等；另一方面是新拓扑技术与控制方法的发明。而开关电容电力变换器具有体积小，重量轻，低磁化等优点，在电力变换系统中具有较大的应用前景。那么高效的开关电容电力变换器的研究是一个重要的研究方向。

附图1是传统的升压式谐振开关电容变换器的多级拓扑结构图。附图1所示的升压式谐振开关电容变换器的多级拓扑结构是由功率开关S₁和功率开关S₂、电感L_r和n个基本升压开关电容模块级联而成，开关电容C_r1、C_r2、...、C_rn的值为C。这里忽略各个器件的内阻和损耗，把它们看成是理想器件，其工作过程可以分为四步。当功率开关S₂导通、功率开关S₁闭合时，电源V_i对电容C_r1充电、电容C_o1对电容C_r2充电，电容C_o2对电容C_r3充电，...，电容C_o(n-1)对电容C_rn充电，电容C_on两端为电源输出端。当此阶段结束时，电容C_r1、C_r2、...、C_rn两端的电势增到最大。上一步结束后，所有的开关均关断，电容C_r1、C_r2、...、C_rn两端的电势保持最大不变。当功率开关S₂闭合、功率开关S₁导通时，电源V_i和电容C_r1对电容C_o1充电、电容C_r2对电容C_o2充电、...、电容C_rn对电容C_on充电。当此阶段结束时，电容C_r1、C_r2、...、C_rn两端的电势降到最小。上一步结束后，当所有的开关均关断时，电容C_r1、C_r2、...、C_rn两端的电势保持最小不变。由能量守恒定律，可得出V_o＝nV_i(其中V_o是输出电压，V_i是输入电压)。

在该升压式谐振开关电容变换器中，功率开关S₂、功率开关S₁接通时因为电流流过负方向(流过开关元件中的二极管的电流)，因此不产生开关损失。并且，因为进行了共振动作，也不会产生断开功率开关S₂、功率开关S₁时的冲击电压。从而能够使用低耐压的开关元件，是构成高效电源所需要的极为有效的方式。

然而，在如附图1所示的升压式谐振开关电容变换器中，其输入和输出电压关系只由电路的拓扑决定(即阶数n)，这增加了输出电压的控制难度。同时因为二极管上存在一定的导通电压降，其将削弱该电路工作效率。

因此有必要提出一种高效开关电容电力变换器电路来克服上述问题。

发明内容

本发明的一种高效开关电容电力变换器，其特征在于，该开关电容电力变换器包括功率开关S₁，功率开关S₂，二极管VD₁，电容C_r1，电感L_r1，电容C_o1。