一种谐振开关电容变换器制造技术

本发明专利技术公开一种谐振开关电容变换器。本发明专利技术提供的谐振开关电容变换器包括：第一开关、第二开关、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一谐振电容、第二谐振电容、谐振电感和储能电容。本发明专利技术提供的谐振开关电容变换器的开关频率大于谐振频率且小于2倍谐振频率，实现了两组谐振电流同时存在的“电荷平衡”模态，不仅能够实现开关管ZVS开通和二极管ZCS关断，而且能够达到宽范围线性调压的目的。

A Resonant Switched Capacitor Converter

The invention discloses a resonant switched capacitor converter. The resonant switched capacitor converter provided by the invention comprises a first switch, a second switch, a first diode, a second diode, a third diode, a fourth diode, a first resonant capacitor, a second resonant capacitor, a resonant inductance and an energy storage capacitor. The switching frequency of the resonant switched capacitor converter provided by the invention is larger than the resonant frequency and less than 2 times the resonant frequency, realizing the \charge balance\ mode of two groups of resonant currents, which can not only realize the switching on of ZVS and the switching off of ZCS diodes, but also achieve the purpose of wide range linear voltage regulation.

【技术实现步骤摘要】
一种谐振开关电容变换器
本专利技术涉及直流-直流变换器领域，特别是涉及一种谐振开关电容变换器。
技术介绍
谐振开关电容能够减小传统开关电容的充电电流尖峰、实现开关管和二极管的软开关，因此能够减小电磁干扰和开关损耗。传统的谐振开关电容变换器的开关频率位于二分之一谐振频率至谐振频率之间时，能够实现开关管和二极管的零电流开通与关断，并能实现软充放电，但是并不能实现输出电压的高效线性调节，极大地限制谐振开关电容变换器的应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种谐振开关电容变换器，不仅能够实现开关管ZVS开通和二极管ZCS关断，而且能够达到宽范围线性调压的目的。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种谐振开关电容变换器，所述变换器包括：第一开关、第二开关、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一谐振电容、第二谐振电容、谐振电感和储能电容，其中，输入电压正极分别与所述第一开关的输入端和所述第一二极管的阳极连接，所述第一开关的输出端与所述第二开关的输入端连接，所述第二开关的输出端与输入电压负极连接，所述第一二极管的阴极分别与所述第二二极管的阳极和所述第一谐振电容的第一端连接，所述第一谐振电容的第二端与所述谐振电感的第一端连接，所述谐振电感的第二端与所述第一开关的输出端连接，所述第二二极管的阴极分别与所述第三二极管的阳极和所述储能电容的第一端连接，所述储能电容的第二端与所述输入电压负极连接，所述第三二极管的阴极分别与所述第四二极管的阳极和第二谐振电容的第一端连接，所述第二谐振电容的第二端与所述第一谐振电容的第二端连接，所述第四二极管的阴极为输出电压正极端，所述储能电容的第二端为输出电压负极端；其中，所述第一开关的开关频率大于谐振频率且小于2倍谐振频率，所述第二开关的开关频率大于所述谐振频率且小于2倍所述谐振频率。可选的，所述变换器还包括输出滤波电容，所述输出滤波电容的第一端与所述第四二极管的阴极连接，所述输出滤波电容的第二端与所述储能电容的第二端连接。可选的，所述第一开关和所述第二开关均为金属氧化物半导体场效应管。可选的，所述第一开关和所述第二开关为绝缘栅双极晶体管。可选的，所述输入电压负极与接地端连接，所述输出电压负极端与所述接地端连接。可选的，所述第一谐振电容和所述第二谐振电容的电容值相等。可选的，所述储能电容的电容值大于10倍的所述第一谐振电容的电容值，且所述储能电容的电容值大于10倍的所述第二谐振电容的电容值。可选的，所述变换器还包括输入滤波电容，所述输入滤波电容的第一端与所述输入电压正极连接，所述输入滤波电容的第二端与所述输入电压负极连接。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的谐振开关电容变换器包括：第一开关、第二开关、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一谐振电容、第二谐振电容、谐振电感和储能电容。输入电压正极分别与第一开关的输入端和第一二极管的阳极连接，第一开关的输出端与第二开关的输入端连接，第二开关的输出端与输入电压负极连接，第一二极管的阴极分别与第二二极管的阳极和第一谐振电容的第一端连接，第一谐振电容的第二端与谐振电感的第一端连接，谐振电感的第二端与第一开关的第二端连接，第二二极管的阴极分别与第三二极管的阳极和储能电容的第一端连接，储能电容的第二端与输入电压负极连接，第三二极管的阴极分别与第四二极管的阳极和第二谐振电容的第一端连接，第二谐振电容的第二端与第一谐振电容的第二端连接，第四二极管的阴极为输出电压正极端，储能电容的第二端为输出电压负极端。本专利技术提供的谐振开关电容变换器的开关频率大于谐振频率且小于2倍谐振频率，实现了两组谐振电流同时存在的“电荷平衡”模态，不仅能够实现开关管ZVS开通和二极管ZCS关断，而且能够达到宽范围线性调压的目的。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种谐振开关电容变换器的电路图；图2为本专利技术实施例提供的谐振开关电容变换器的工作波形图；图3为本专利技术实施例提供的谐振开关电容变换器在[t0～t1]时刻的等效电路图；图4为本专利技术实施例提供的谐振开关电容变换器在[t1～t2]时刻的等效电路图；图5为本专利技术实施例提供的谐振开关电容变换器在[t2～t3′]时刻的等效电路图；图6为本专利技术实施例提供的谐振开关电容变换器在[t3′～t3]时刻的等效电路图；图7为本专利技术实施例提供的谐振开关电容变换器在[t3～t4]时刻的等效电路图；图8为本专利技术实施例提供的谐振开关电容变换器的理论增益曲线；图9为本专利技术实施例提供的谐振开关电容变换器的开关频率为140KHZ时的谐振电流和谐振电压以及输出电压的实验波形图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种谐振开关电容变换器，不仅能够实现开关管ZVS开通和二极管ZCS关断，而且能够达到宽范围线性调压的目的。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例提供的一种谐振开关电容变换器的电路图。如图1所示，一种谐振开关电容变换器，所述变换器包括：第一开关S1、第二开关S2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一谐振电容Cr1、第二谐振电容Cr2、谐振电感Lr和储能电容C1。所述第一谐振电容Cr1和所述第二谐振电容Cr2的电容值相等。输入电压正极1分别与所述第一开关S1的输入端和所述第一二极管D1的阳极连接，所述第一开关S1的输出端与所述第二开关S2的输入端连接，所述第二开关S2的输出端与输入电压负极1′连接，所述第一二极管D1的阴极分别与所述第二二极管D2的阳极和所述第一谐振电容Cr1的第一端连接，所述第一谐振电容Cr1的第二端与所述谐振电感Lr的第一端连接，所述谐振电感Lr的第二端与所述第一开关S1的输出端连接，所述第二二极管D2的阴极分别与所述第三二极管D3的阳极和所述储能电容C1的第一端连接，所述储能电容C1的第二端与所述输入电压负极1′连接，所述第三二极管D3的阴极分别与所述第四二极管D4的阳极和第二谐振电容Cr2的第一端连接，所述第二谐振电容Cr2的第二端与所述第一谐振电容Cr1的第二端连接，所述第四二极管D4的阴极为输出电压正极端2，所述储能电容C1的第二端为输出电压负极端2′。所述输入电压负极1′与接地端3连接，所述输出电压负极端2′与所述接地端3连接。其中，所述第一开关S1的开关频率大于谐振频率且小于2倍谐振频率，所述第二开关S2的开关频率大于所述谐振频率且小于2倍所述谐振频率。优选地，所述变换器还包括输出滤波电容C2，所述输出滤波电容C2的第一端与所述第四二极管D4的阴极连接，所述输出滤波电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种谐振开关电容变换器，其特征在于，所述变换器包括：第一开关、第二开关、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一谐振电容、第二谐振电容、谐振电感和储能电容，其中，输入电压正极分别与所述第一开关的输入端和所述第一二极管的阳极连接，所述第一开关的输出端与所述第二开关的输入端连接，所述第二开关的输出端与输入电压负极连接，所述第一二极管的阴极分别与所述第二二极管的阳极和所述第一谐振电容的第一端连接，所述第一谐振电容的第二端与所述谐振电感的第一端连接，所述谐振电感的第二端与所述第一开关的输出端连接，所述第二二极管的阴极分别与所述第三二极管的阳极和所述储能电容的第一端连接，所述储能电容的第二端与所述输入电压负极连接，所述第三二极管的阴极分别与所述第四二极管的阳极和第二谐振电容的第一端连接，所述第二谐振电容的第二端与所述第一谐振电容的第二端连接，所述第四二极管的阴极为输出电压正极端，所述储能电容的第二端为输出电压负极端；其中，所述第一开关的开关频率大于谐振频率且小于2倍谐振频率，所述第二开关的开关频率大于所述谐振频率且小于2倍所述谐振频率。

【技术特征摘要】
1.一种谐振开关电容变换器，其特征在于，所述变换器包括：第一开关、第二开关、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一谐振电容、第二谐振电容、谐振电感和储能电容，其中，输入电压正极分别与所述第一开关的输入端和所述第一二极管的阳极连接，所述第一开关的输出端与所述第二开关的输入端连接，所述第二开关的输出端与输入电压负极连接，所述第一二极管的阴极分别与所述第二二极管的阳极和所述第一谐振电容的第一端连接，所述第一谐振电容的第二端与所述谐振电感的第一端连接，所述谐振电感的第二端与所述第一开关的输出端连接，所述第二二极管的阴极分别与所述第三二极管的阳极和所述储能电容的第一端连接，所述储能电容的第二端与所述输入电压负极连接，所述第三二极管的阴极分别与所述第四二极管的阳极和第二谐振电容的第一端连接，所述第二谐振电容的第二端与所述第一谐振电容的第二端连接，所述第四二极管的阴极为输出电压正极端，所述储能电容的第二端为输出电压负极端；其中，所述第一开关的开关频率大于谐振频率且小于2倍谐振频率，所述第二开关的开关频率大于所述谐振频率且小于2倍...

【专利技术属性】
技术研发人员：李守翔，郑戍华，王向周，梁胜男，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11