[发明专利]一种基于开关电容的直流变换器

说明书

本发明公开了一种基于开关电容的直流变换器，属于电力电子技术领域。Cuk变换器在占空比足够大或足够小时可以实现很大的变比，但实际应用中由于效率与开关管压力的限制，变换器的占空比通常大于0.2小于0.8，因此在高变比的场合下Cuk变换器还不是非常适用。SC开关电容网络有着尺寸小，功率密度高的特点，但是其变比由硬件电路决定，在电压调制方面存在天然的缺陷。本发明结合Cuk电路和SC开关电容网络，提出了一种基于开关电容的直流变换器，在输出连续可调的同时，实现了较大变比的输出。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于开关电容的直流变换器。

背景技术

Boost升压式DC/DC变换器输出电压的极性与输入电压极性相同，输出电压U_o与输入电压U_I的关系为U_o＝U_I/(1-d)，d为开关导通占空比，因为d<1，因此有U_o>U_I。Buck降压式DC/DC变换器输出电压的极性与输入电压极性相同，输出电压U_o与输入电压U_I的关系为U_o＝U_I·d，因为d<1，因此有U_o<U_I。为了实现同时可升降压，可采用Boost-Buck串联结构，将其简化后得到Cuk升降压式DC/DC变换器，Cuk变换器输出电压的极性与输入电压极性相反，输出电压U_o与输入电压U_I的关系为U_o＝-U_I·d/(1-d)，理论上，Cuk变换器的占空比足够大或足够小时可以实现很大的变比。但实际应用中由于效率与开关管压力的限制，变换器的占空比通常大于0.2小于0.8，因此在高变比的场合下Cuk变换器还不是非常适用。SC开关电容网络有着尺寸小，功率密度高的特点，但是其变比由硬件电路决定，在电压调制方面存在天然的缺陷。

综上所述，如何设计出一款简单灵活的高变比变换器是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于开关电容的直流变换器，在实际应用中可实现较高的变比，其具体方案如下：

本发明提供一种基于开关电容的直流变换器，采用在Cuk变换器中嵌入SC电路模块来实现改变调制范围的目的。所述变换器等效成Boost电路模块、SC电路模块和Buck电路模块；Boost电路模块、SC电路模块和Buck电路模块依次串联。

所述Boost电路模块包括输入电感L₁和开关管Q₁；

所述开关管Q₁采用N沟道MOSFET；

所述电感L₁与开关管Q₁漏极相连并且所连接处连接SC电路模块的输入端；所述电感L₁另一端连接Boost电路模块输入端，所述开关管Q₁源极与公共端相连。

所述Buck电路模块包括二极管D₁、电感L₂和电容C_N+1；

所述电感L₂与二极管D₁阳极相连并且所连接处连接SC电路模块的输出端一端，所述电感L₂与电容C_N+1串联后与二极管D₁并联，并且所述电容C_N+1与二极管D₁所连接处连接SC电路模块的输出端的另一端。

所述SC电路模块包含N个开关电容单元和电容C₀，其中，N为正整数；

第n个开关电容单元用开关电容单元n表示；