1‑3型双桥臂AC‑AC开关电容变换器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种1‑3型双桥臂AC‑AC开关电容变换器。包括十个电容和十二个功率开关，两个相邻的功率开关串联后的两端均连接有电容；驱动电路与各个功率开关管的栅极相连接。当降压变换时，输入端电源连接在输出端的上方；当升压变换时，输出端接在输入端的上方，左右两桥臂的最下端连接在一起接地。本实用新型专利技术仅以电容作为储能元件，不含有磁性元件，通过不同的连接方式，能够实现输入输出电压变比为1/2、2/1、1/3、3/1、2/3和3/2的变比，电路具有对称性、稳定性好、等效内阻小、功率密度高、重量轻、电源效率高等优点。

【技术实现步骤摘要】
1-3型双桥臂AC-AC开关电容变换器
本技术涉及了一种多种变比AC-AC变换器，尤其涉及一种1-3型双桥臂AC-AC开关电容型变换器。
技术介绍
：传统的交流电能变换通常采用电磁变压器，具有电气隔离、效率高、容量大等优点，但也存在体积大、音频噪声大、谐波污染等缺点。同时传统的电磁变压器满足不了电气电子设备小型化的要求。电力电子系统集成化的关键技术之一是磁性元件(电感或变压器)的小型化和微型化，在软开关技术下提高开关频率无疑是一个十分有效的措施，这样电路中电感和变压器的体积都可以缩小，整个电路的性能都得到提升；然而当开关频率达到400kHz-500kHz左右时，主开关与磁性元件的损耗增加，转换效率下降，电磁噪声加大，用于抑制噪声的滤波电容的体积随着增大，再提高开关频率，只能带来负面的影响，因此通过提高开关频率的方式减小电源体积已经没有余地。减少磁性元件的基本思路是发展无感变换器，开关电容型AC-AC变换器就是一种典型的无感变换器，它是将电容和一定数量的功率开关组合起来，电容的充放电通过对功率开关的控制实现，由电容和功率开关的组合实现不同变比的电路。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，深入研究开关电容型AC-AC变换器原理，本专利技术的目的在于提供一种变比为1/2、2/1、1/3、3/1、2/3和2/3的双桥臂AC-AC开关电容变换器，设计了结构简单，控制简便、成本低廉的新型电力电子变压器去替代传统的小功率变压器。本专利技术采用的技术方案是：本专利技术包括十个电容和十二个功率开关，十个电容分别为第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容和第十电容；十二个功率开关依次为第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关、第四功率开关、第五功率开关、第六功率开关、第七功率开关、第八功率开关、第九功率开关、第十功率开关、第十一功率开关和第十二功率开关；其中，第一电容并联在第一功率开关和第二功率开关串联后的两端，第二电容并联在第三功率开关和第四功率开关串联后的两端，第三电容并联在第五功率开关和第六功率开关串联后的两端，第四电容并联在第七功率开关和第八功率开关串联后的两端，第五电容并联在第九功率开关和第十功率开关串联后的两端，第六电容并联在第十一功率开关和第十二功率开关串联后的两端，第七电容并联在第二功率开关和第三功率开关串联后的两端，第八电容并联在第四功率开关和第五功率开关串联后的两端，第九电容并联在第八功率开关和第九功率开关串联后的两端，第十电容并联在第十功率开关和第十一功率开关串联后的两端。当所述的变换器输出输入变比为1/2降压变换时，输入端连接在第二电容上端和第五电容上端之间，输出端连接在第三电容上端和第六电容上端之间；当所述的变换器输出输入变比为2/1时，输入端连接在第三电容上端和第六电容上端之间，输出端连接在第二电容上端和第五电容上端之间；当所述的变换器输出输入变比为1/3时，输入端连接在第一电容上端和第四电容上端之间，输出端连接在第三电容上端和第六电容上端之间；当所述的变换器输出输入变比为3/1时，输入端连接在第三电容上端和第六电容上端之间，输出端连接在第一电容上端和第四电容上端之间；当所述的变换器输出输入变比为2/3时，输入端连接在第一电容上端和第四电容上端之间，输出端连接在第二电容上端和第五电容上端之间；当所述的变换器输出输入变比为3/2时，输入端连接在第二电容上端和第五电容上端之间，输出端连接在第一电容上端和第四电容上端之间。所述的变换器的输入端与220V的50Hz市电相连，输出端与负载相连接。所述的十二组功率开关中的每个功率开关均由驱动电路提供PWM信号进行驱动，驱动电路与每个功率开关管的栅极相连接。本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果：本专利技术仅以电容作为储能元件，驱动信号控制功率开关管的导通与关段，即通过调节占空比去控制电容的充放电时间，实现输入输出电压变比为1/2、2/1、1/3、3/1、2/3和2/3多种变比，降低了变换器的体积与重量，提高了功率密度，等效内阻减小。当变换器变比为1/2和2/1时，电容承受的最大电压为高压侧的二分之一，当变换器变比为1/3、3/1、2/3和2/3时，电容承受的最大电压为高压侧的三分之一，降低了对电容器件的要求。本专利技术电路拓扑结构是双桥臂，电路具有对称性，因此稳定性高。本专利技术由于不含磁性元件，因此具有体积比较小，重量轻、电源效率高等优点。附图说明图1是本专利技术为降压变压器时输出输入电压变比为1/2的电路拓扑图。图2是本专利技术为升压变压器时输出输入电压变比为2/1的电路拓扑图。图3是本专利技术为降压变压器时输出输入电压变比为1/3的电路拓扑图。图4是本专利技术为升压变压器时输出输入电压变比为3/1的电路拓扑图。图5是本专利技术为降压变压器时输出输入电压变比为2/3的电路拓扑图。图6是本专利技术为升压变压器时输出输入电压变比为3/2的电路拓扑图。图7是本专利技术中功率开关管栅极输入驱动信号的PWM信号波形图。图中：Ui为220V交流电压，R为负载电阻，U0为输出电压，D为PWM信号的占空比，TS为PWM信号周期。具体实施方式下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明。如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，包括十个电容和十二个功率开关，十个电容分别为第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9和第十电容C10；十二个功率开关依次为第一功率开关S1、第二功率开关S2、第三功率开关S3、第四功率开关S4、第五功率开关S5、第六功率开关S6、第七功率开关S7、第八功率开关S8、第九功率开关S9、第十功率开关S10、第十一功率S11和第十二功率开关S12；第一电容C1并联在第一功率开关S1和第二功率开关S2串联后的两端，第二电容C2并联在第三功率开关S3和第四功率开关S4串联后的两端，第三电容C3并联在第五功率开关S5和第六功率开关S6串联后的两端，第四电容C4并联在第七功率开关S7和第八功率开关S8串联后的两端，第五电容C5并联在第九功率开关S9和第十功率开关S10串联后的两端，第六电容C6并联在第十一功率开关S11和第十二功率开关S12串联后的两端，第七电容C7并联在第二功率开关S2和第三功率开关S3串联后的两端，第八电容C8并联在第四功率开关S4和第五功率开关S5串联后的两端，第九电容C9并联在第八功率开关S8和第九功率开关S9串联后的两端，第十电容C10并联在第十功率开关S10和第十一功率开关S11串联后的两端。如图1所示，当所述的变换器输出输入电压变比为1/2降压变换时，输入端连接在第二电容上端和第五电容上端之间，输出端连接在第三电容上端和第六电容上端之间；电路中各电容两端的电压等于输入(高压侧)电压Ui的1/2，可实现输出输入的固定电压变比为1/2。如图2所示，当所述的变换器输出输入电压变比为2/1升压变换时，输入端连接在第三电容上端和第六电容上端之间，输出端连接在第二电容上端和第五电容上端之间；电路中各电容两端的电压为输出电压U0(高压侧)的1/2，可实现输出输入的固定电压变比为2/1。如图3所示，当所述的变换器输出输入电压变比为1/3降压变换时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种1‑3型双桥臂AC‑AC开关电容变换器，其特征在于：包括十个电容和十二个功率开关：十个电容分别为第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容和第十电容；十二个功率开关依次为第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关、第四功率开关、第五功率开关、第六功率开关、第七功率开关、第八功率开关、第九功率开关、第十功率开关、第十一功率开关和第十二功率开关；其中，第一电容并联在第一功率开关和第二功率开关串联后的两端，第二电容并联在第三功率开关和第四功率开关串联后的两端，第三电容并联在第五功率开关和第六功率开关串联后的两端，第四电容并联在第七功率开关和第八功率开关串联后的两端，第五电容并联在第九功率开关和第十功率开关串联后的两端，第六电容并联在第十一功率开关和第十二功率开关串联后的两端，第七电容并联在第二功率开关和第三功率开关串联后的两端，第八电容并联在第四功率开关和第五功率开关串联后的两端，第九电容并联在第八功率开关和第九功率开关串联后的两端，第十电容并联在第十功率开关和第十一功率开关串联后的两端。

【技术特征摘要】
1.一种1-3型双桥臂AC-AC开关电容变换器，其特征在于：包括十个电容和十二个功率开关：十个电容分别为第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容和第十电容；十二个功率开关依次为第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关、第四功率开关、第五功率开关、第六功率开关、第七功率开关、第八功率开关、第九功率开关、第十功率开关、第十一功率开关和第十二功率开关；其中，第一电容并联在第一功率开关和第二功率开关串联后的两端，第二电容并联在第三功率开关和第四功率开关串联后的两端，第三电容并联在第五功率开关和第六功率开关串联后的两端，第四电容并联在第七功率开关和第八功率开关串联后的两端，第五电容并联在第九功率开关和第十功率开关串联后的两端，第六电容并联在第十一功率开关和第十二功率开关串联后的两端，第七电容并联在第二功率开关和第三功率开关串联后的两端，第八电容并联在第四功率开关和第五功率开关串联后的两端，第九电容并联在第八功率开关和第九功率开关串联后的两端，第十电容并联在第十功率开关和第十一功率开关串联后的两端。2.根据权利要求1所述的一种1-3型双桥臂AC-AC开关电容变换器，其特征在于：当所述的变换器变...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娟，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33