隔离型开关电容变换器制造技术

公开了一种隔离型开关电容变换器，通过设置串联在输入端口两端之间的第一组开关和串联在输出端口两端之间的第二组开关以及连接在两组开关的中间端之间的第一电容和连接在输入端口的任一端以及输出端口的任一端之间的第二电容，可以有效地使得输入端口和输出端口隔离，同时，通过第一组开关和第二组开关的受控导通或关断，控制第一电容以及第二电容进行充电和放电动作，实现功率变换。由此，可以在不使用变压器的前提下实现输入端口和输出端口隔离，可以减小隔离型变换器体积，使得隔离型变换器适用于小型化的产品。

Isolated switched capacitor converter

Discloses a isolation type switched capacitor converter, second series capacitor by setting the first capacitor between the input ports at both ends of the first switch group and the second group are connected in series between the output ports at both ends of the switch and the middle is connected to the two terminal of the switch group and connected between the input port and output port at either end of either end and can effectively make the input port and the output port isolation, at the same time, controlled by the first group and the second group switch switch on or off the first capacitor and second capacitor control charge and discharge action, to achieve power conversion. Thus, the isolation of the input port and the output port can be realized without the use of the transformer, and the isolated converter volume can be reduced, so that the isolated converter is suitable for the miniaturization of the product.

【技术实现步骤摘要】
本申请要求了2017年1月11日提交的、申请号为2017100183913、专利技术名称为“隔离型开关电容变换器”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
本专利技术涉及电力电子技术，具体涉及一种隔离型开关电容变换器。
技术介绍
开关电容变换器通过开关控制电容的充电和放电从而实现电压或电流变换。现有的开关电容变换器如图1所示，输入端口输入输入电压Vin。开关Q1连接在电容C的端a和电压输入端口的第一端i之间，并在控制信号G1的控制下导通或关断。开关Q2连接在电容C的端a和输出端口的第一端之间，并在控制信号G2的控制下导通或关断。其中，控制信号G1和G2互补，也即，控制信号G1为高电平时，控制信号G2为低电平。同时，电容C的端b与输入端口的第二端以及输出端口的第二端连接。输入端口以及输出端口的第二端通常会作为参考端(或称为接地端)。在输出端口还可以设置输出电容Co以对输出电压Vout进行平滑。由此，通过开关Q1和Q2交替导通和关断，从而使得电容C在间歇性地对输出端放电，从而实现功率的传递和电压/电流转换。但是，现有的开关电容变换器的架构中，输入端口和输出端口共地，同时，电容C间歇性地向输出端口输出电流，导致输入电源和输出电容上的不期望的电流脉动较大。而现有的隔离型变换器需要使用线圈，其体积较大，无法应用于小型化的系统中。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种隔离型开关电容变换器，可以将输入端口和输出端口通过电容隔离，同时仍然保证开关电容变换器正常工作。本专利技术实施例的隔离型开关电容变换器包括：第一电容；第一组开关，串联在输入端口的两端之间，以选择性地将第一电容的第一端连接到输入端口的第一端或第二端；第二组开关，串联在输出端口的两端之间，以选择性地将第一电容的第二端连接到输出端口的第一端或第二端；以及，第二电容，连接在输入端口的任意一端和输出端口的任意一端之间。优选地，所述第一组开关和所述第二组开关受控导通或关断以使得隔离型开关电容变换器在第一状态和第二状态间交替切换。优选地，在第一状态下，所述第一电容和所述第二电容串联在输入端口的两端之间，在第二状态下，所述第一电容和所述第二电容串联在输出端口的两端之间。优选地，所述第二电容连接在所述输入端口的第一端和所述输出端口的第二端之间，或者，所述第二电容连接在所述输入端口的第二端和所述输出端口的第一端之间。优选地，在第一状态下，所述第一电容和所述第二电容形成输入端口对输出端口供电的电流通路，在第二状态下，所述第一电容和所述第二电容形成电荷均衡回路.优选地，所述第二电容连接在所述输入端口的第一端和所述输出端口的第一端之间，或者，所述第二电容连接在所述输入端口的第二端和所述输出端口的第二端之间。优选地，所述隔离型开关电容变换器还包括：第三电容，连接在输入端口未与所述第二电容连接的一端和输出端口未与所述第二电容连接的一端之间。优选地，所述第一组开关包括：第一开关，连接在输入端口的第一端和所述第一电容的第一端之间；以及，第二开关，连接在输入端口的第二端和所述第一电容的第一端之间；所述第二组开关包括：第三开关，连接在输出端口的第一端和第一电容的第二端之间；以及，第四开关，连接在输出端口的第二端和第一电容的第二端之间。优选地，所述第一开关和第三开关根据第一控制信号导通和关断，所述第二开关和第四开关根据第二控制信号导通和关断，所述第一控制信号和所述第二控制信号互补。优选地，所述隔离型开关电容变换器还包括：第四电容；第三组开关，串联在输入端口的两端之间，以选择性地将第四电容的第一端连接到输入端口的第一端或第二端；以及，第四组开关，串联连接在输出端口的两端之间，以选择性地将第四电容的第二端连接到输出端口的第一端或第二端。优选地，所述第一组开关、第二组开关、第三组开关和第四组开关受控导通或关断以使得隔离型开关电容变换器在第一状态和第二状态间交替切换。优选地，所述第一组开关包括：第一开关，连接在输入端口的第一端和所述第一电容的第一端之间；以及，第二开关，连接在输入端口的第二端和所述第一电容的第一端之间；所述第二组开关包括：第三开关，连接在输出端口的第一端和所述第一电容的第二端之间；以及，第四开关，连接在输出端口的第二端和所述第一电容的第二端之间。所述第三组开关包括：第五开关，连接在输入端口的第一端和所述第四电容的第一端之间；以及，第六开关，连接在输入端口的第二端和所述第四电容的第一端之间；以及，所述第四组开关包括：第七开关，连接在输出端口的第一端和所述第四电容的第二端之间；以及，第八开关，连接在输出端口的第二端和所述第四电容的第二端之间。优选地，所述第一开关、第三开关、第六开关和第八开关根据第一控制信号导通和关断，所述第二开关、第四开关、第五开关和第七开关根据第二控制信号导通和关断，所述第一控制信号和所述第二控制信号互补。优选地，所述第一控制信号和所述第二控制信号互补并设置有死区。优选地，所述第三开关和/或所述第四开关替换为二极管。优选地，所述第三开关、第四开关、第七开关和第八开关中的至少一个替换为二极管。通过设置串联在输入端口两端之间的第一组开关和串联在输出端口两端之间的第二组开关以及连接在两组开关的中间端之间的第一电容和连接在输入端口的任一端以及输出端口的任一端之间的第二电容，可以有效地使得输入端口和输出端口隔离，同时，通过第一组开关和第二组开关的受控导通或关断，控制第一电容以及第二电容进行充电和放电动作，实现功率变换。由此，可以在不使用变压器的前提下实现输入端口和输出端口隔离，可以减小隔离型变换器体积，使得隔离型变换器适用于小型化的产品。附图说明通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1是现有技术中的开关电容变换器的电路图；图2是现有技术的开关电容变换器的控制信号的波形图；图3是本专利技术第一实施例的隔离型开关电容变换器的电路图；图4是本专利技术第一实施例的隔离型开关电容变换器的控制信号的波形图；图5是本专利技术第一实施例的隔离型开关电容变换器在第一状态下的等效电路图；图6是本专利技术第一实施例的隔离型开关电容变换器在第二状态下的等效电路图；图7是本专利技术第二实施例的隔离型开关电容变换器的电路图；图8是本专利技术第三实施例的隔离型开关电容变换器的电路图；图9是本专利技术第三实施例的隔离型开关电容变换器在第一状态下的等效电路图；图10是本专利技术第三实施例的隔离型开关电容变换器在第二状态下的等效电路图；图11是本专利技术第四实施例的隔离型开关电容变换器的电路图；图12是本专利技术第五实施例的隔离型开关电容变换器的电路图；图13是本专利技术第五实施例的隔离型开关电容变换器的控制信号的波形图；图14是本专利技术第五实施例的隔离型开关电容变换器在第一状态下的等效电路图；图15是本专利技术第五实施例的隔离型开关电容变换器在第二状态下的等效电路图；图16是本专利技术第六实施例的隔离型开关电容变换器的电路图；图17是本专利技术第六实施例的隔离型开关电容变换器在第一状态下的等效电路图；图18是本专利技术第六实施例的隔离型开关电容变换器在第二状态下的等效电路图；图19是本专利技术第七实施例的隔离型开关电容变换器的电路图；图20是本专利技术第七实施例的隔离型开关电容变换器的控制信号的波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隔离型开关电容变换器，包括：第一电容；第一组开关，串联在输入端口的两端之间，以选择性地将第一电容的第一端连接到输入端口的第一端或第二端；第二组开关，串联在输出端口的两端之间，以选择性地将第一电容的第二端连接到输出端口的第一端或第二端；以及，第二电容，连接在输入端口的任意一端和输出端口的任意一端之间。

【技术特征摘要】
2017.01.11 CN 20171001839131.一种隔离型开关电容变换器，包括：第一电容；第一组开关，串联在输入端口的两端之间，以选择性地将第一电容的第一端连接到输入端口的第一端或第二端；第二组开关，串联在输出端口的两端之间，以选择性地将第一电容的第二端连接到输出端口的第一端或第二端；以及，第二电容，连接在输入端口的任意一端和输出端口的任意一端之间。2.根据权利要求1所述的隔离型开关电容变换器，其特征在于，所述第一组开关和所述第二组开关受控导通或关断以使得隔离型开关电容变换器在第一状态和第二状态间交替切换。3.根据权利要求2所述的隔离型开关电容变换器，其特征在于，在第一状态下，所述第一电容和所述第二电容串联在输入端口的两端之间，在第二状态下，所述第一电容和所述第二电容串联在输出端口的两端之间。4.根据权利要求3所述的隔离型开关电容变换器，其特征在于，所述第二电容连接在所述输入端口的第一端和所述输出端口的第二端之间，或者，所述第二电容连接在所述输入端口的第二端和所述输出端口的第一端之间。5.根据权利要求2所述的隔离型开关电容变换器，其特征在于，在第一状态下，所述第一电容和所述第二电容形成输入端口对输出端口供电的电流通路，在第二状态下，所述第一电容和所述第二电容形成电荷均衡回路。6.根据权利要求5所述的隔离型开关电容变换器，其特征在于，所述第二电容连接在所述输入端口的第一端和所述输出端口的第一端之间，或者，所述第二电容连接在所述输入端口的第二端和所述输出端口的第二端之间。7.根据权利要求1所述的隔离型开关电容变换器，其特征在于，所述隔离型开关电容变换器还包括：第三电容，连接在输入端口未与所述第二电容连接的一端和输出端口未与所述第二电容连接的一端之间。8.根据权利要求1-7中任一项所述的隔离型开关电容变换器，其特征在于，所述第一组开关包括：第一开关，连接在输入端口的第一端和所述第一电容的第一端之间；以及，第二开关，连接在输入端口的第二端和所述第一电容的第一端之间；所述第二组开关包括：第三开关，连接在输出端口的第一端和第一电容的第二端之间；以及，第四开关，连接在输出端口的第二端和第一电容的第二端之间。9.根据权利要求8所述的隔离型...

【专利技术属性】
技术研发人员：张望，赵晨，
申请(专利权)人：南京矽力杰半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32