混合模数变换器电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可稳定负载两端电压，降低输出电压波纹的混合模数变换器电路，包括电源、数字变换器、模拟转换器、负载组件；模拟转换器包括若干并联布置的供电电容，负载组件工作时轮流与各个供电电容接通，不与负载组件处于连接状态的供电电容轮流与数字变换器接通。本实用新型专利技术还公开了一种混合模数变换器电路，包括电源、数字变换器、模拟转换器、负载组件；数字变换器包括通过导线与电源的输入端及输出端相连接的元件复用器，元件复用器包括若干串联布置的供电电容，所述模拟转换器包括该元件复用器，且该元件复用器中每个供电电容两端都分别通过放电导线与负载组件的输入端及输出端相连接，负载组件工作时轮流与各个供电电容接通。

【技术实现步骤摘要】
混合模数变换器电路
本技术涉及一种混合模数变换器电路。
技术介绍
DC/DC转换器为转变输入电压后有效输出指定电压的电压转换器。DC/DC转换器分为三类：升压型DC/DC转换器、降压型DC/DC转换器以及升降压型DC/DC转换器。DC/DC变换器既有线性模式也有开关模式。传统的线性电压效率低、发热大、体积大，大功率变换的主流是开关电源。传统开关电源基于数字变换器，并采用半导体器件作为开关，开关动作会产生方形电压/电流波形，在频繁切换的时候会承受剧烈的瞬时功率冲击，因而需要庞大的低通滤波器来过滤波纹。目前现有解决低通滤波器尺寸过大的方法主要有三种：一是通过减少来自电源的波纹大小，通常采用多电平变流器降低电源的波纹大小，但是多电平变流器需要大量的半导体，并且为了维持子模块之间的功率平衡需要额外的传感电路以及复杂的控制方法。二是提高在传输过程中的低通滤波器的增益，通过提高开关频率能够增加特定低通滤波器的滤波效果。但是提高开关频率会增大半导体和磁性单元中的功率损耗。此外，寄生元件，例如电容、电阻、电感在高频下会降低滤波器的滤波效果。三是采用先进的控制方法，例如有源电容法。该方法能够将纹波功率转移到储能装置中，进而减小了传递给负载的波纹功率大小。但是根据香农采样定理，现有DC/DC变换器中的控制带宽受开关频率的限制，然而开关纹波的主要分量的频率是等于或者大于开关频率的。因此，现有的有源控制的方法无法减小开关谐波。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是：提供一种可稳定负载两端电压，降低输出电压波纹，提高变压器功率密度的混合模数变换器电路。为解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案为：一种混合模数变换器电路，包括电源以及与电源相连接的数字变换器，数字变换器的输入端及输出端间连接有模拟转换器，模拟转换器与负载组件相连接；模拟转换器包括若干供电电容，每个供电电容两端都分别通过充电导线与数字变换器的输入端及输出端相连接，其中至少一根充电导线上设有充电开关；每个供电电容两端都分别通过放电导线与负载组件的输入端及输出端相连接，其中至少一根放电导线上设有放电开关；负载组件工作时通过闭合相应的放电开关轮流与各个供电电容接通，不与负载组件处于连接状态的供电电容通过闭合相应的充电开关轮流与数字变换器接通。作为一种优选的方案，其中，负载组件等效为并联设置的负载电容CL和负载电阻RL以及与并联后的两者串联的负载电感L；当负载组件部分等效电容CL已给定，供电电容的最小电容值C1,C2,…CN等于直流母线电容值Cbus，由下式计算：其中Io是负载组件部分等效电阻RL上的输出电流；Vo是负载组件部分等效电阻RL上的输出电压；ΔVo是负载组件部分等效电阻RL上的输出电压纹波；fsw是电路开关频率；L为负载组件部分等效电感；当负载组件部分等效电容CL未限定，供电电容的最小电容值C1,C2,…CN等于直流母线电容值Cbus。由下式计算：令NCbus＝CL，得出所需最小CL：其中N为供电电容数量，Io是负载组件部分等效电阻RL上的输出电流；Vo是负载组件部分等效电阻RL上的输出电压；ΔVo为负载组件部分等效电阻RL上输出电压纹波；fsw为电路开关频率；L为负载组件部分等效电感。作为一种优选的方案，所述数字变换器为DC/DC变换器。作为一种优选的方案，所述数字变换器为降压变换器或者升压变压器或者谐振变换器。作为一种优选的方案，每个所述供电电容充电时间与放电时间均为电路开关周期Tsw/供电电容数量N。本技术所要解决的另一个技术问题是：提供另一种可稳定负载两端电压，降低输出电压波纹，提高变压器功率密度的混合模数变换器电路。为解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案为：一种混合模数变换器电路，包括电源以及与电源相连接的数字变换器，数字变换器的输入端及输出端间连接有模拟转换器，模拟转换器与负载组件相连接；所述数字变换器包括通过导线与电源的输入端及输出端相连接的元件复用器，元件复用器包括若干串联布置的供电电容，所述模拟转换器包括该元件复用器，且该元件复用器中每个供电电容两端都分别通过放电导线与负载组件的输入端及输出端相连接，其中至少一根放电导线上设有放电开关；负载组件工作时通过闭合相应的放电开关轮流与各个供电电容接通。作为一种优选的方案，其中，负载组件等效为并联设置的负载电容CL和负载电阻RL以及与并联后的两者串联的负载电感L；当负载组件部分等效电容CL已给定，供电电容的最小电容值C1,C2,…CN等于直流母线电容值Cbus，由下式计算：其中N为供电电容数量，Io是负载组件部分等效电阻RL上的输出电流；Vo是负载组件部分等效电阻RL上的输出电压；ΔVo是负载组件部分等效电阻RL上输出电压纹波；fsw是开关频率；L为负载组件部分等效电感；当负载组件部分等效电容CL未限定，供电电容的最小电容值C1,C2,…CN等于直流母线电容值Cbus，由下式计算：令NCbus＝CL，得出：其中N为供电电容数量，Io是负载组件部分等效电阻RL上的输出电流；Vo是负载组件部分等效电阻RL上的输出电压；ΔVo负载组件部分等效电阻RL上输出电压纹波；fsw开关频率；L为负载组件部分等效电感；作为一种优选的方案，每个所述供电电容充电时间与放电时间均为电路开关周期Tsw/供电电容数量N。本技术的有益效果是：本技术公开的电路中，负载从供电电容中一个个汲取能量，因此，负载两端的电压终保持在所选电容的电压之间，能够保持稳定，不会突然出现传统的数字变换器中的剧烈的电压波动(从0到E)；另外，充电回路与放电回路是独立回路，因此即使没有先进的控制技术或者高带宽控制，波纹功率也会强制转移到直流母线上的电容中而不是直接供给负载；本电路通过选择特定的数字变换器以及直流母线电容的连接方式，可以得到不同类型的混合模数变换器电路，可针对特定问题选择最合适的方案。本混合模数变换器电路能够有效降低负载上的波纹电压，且开关频率越大，该现象越明显，进而能够减小低通滤波器，提高功率密度。由于包含元件复用器的混合模数变换器电路的电源电压、电流与负载的电压电流没有方波，因此波纹很小，仅需要很小的低通滤波器，能有效提高功率密度，而且，电源电流不是方波或者类方波模式，电磁干扰小，所需的电流最大值会下降。本专利所述的电路中公开了使得电路总体体积最小的L,CL,Cbus的最小限定值，如果实际使用值大于最小限定值，输出纹波更小，质量更高。且在CL未知时，以电容的总体积最小为目的。总电容的总体积由总电容值(即NCbus+CL)确定，因为对于两个参数(即NCbus和CL)的乘积恒定不变，那么，参数之和(即NCbus+CL)存在最小值，这个最小值当且仅当这两个参数彼此相等时得到。因为电容的总体积和电容的总容值(即NCbus+CL)正比，所以当NCbus＝CL时，总体积最小。附图说明图1是针对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合模数变换器电路，其特征在于：包括电源以及与电源相连接的数字变换器，数字变换器的输入端及输出端间连接有模拟转换器，模拟转换器与负载组件相连接；/n模拟转换器包括若干供电电容，每个供电电容两端都分别通过充电导线与数字变换器的输入端及输出端相连接，其中至少一根充电导线上设有充电开关；每个供电电容两端都分别通过放电导线与负载组件的输入端及输出端相连接，其中至少一根放电导线上设有放电开关；负载组件工作时通过闭合相应的放电开关轮流与各个供电电容接通，不与负载组件处于连接状态的供电电容通过闭合相应的充电开关轮流与数字变换器接通。/n

【技术特征摘要】
1.一种混合模数变换器电路，其特征在于：包括电源以及与电源相连接的数字变换器，数字变换器的输入端及输出端间连接有模拟转换器，模拟转换器与负载组件相连接；
模拟转换器包括若干供电电容，每个供电电容两端都分别通过充电导线与数字变换器的输入端及输出端相连接，其中至少一根充电导线上设有充电开关；每个供电电容两端都分别通过放电导线与负载组件的输入端及输出端相连接，其中至少一根放电导线上设有放电开关；负载组件工作时通过闭合相应的放电开关轮流与各个供电电容接通，不与负载组件处于连接状态的供电电容通过闭合相应的充电开关轮流与数字变换器接通。


2.如权利要求1所述的一种混合模数变换器电路，其特征在于：其中，负载组件等效为并联设置的负载电容CL和负载电阻RL以及与并联后的两者串联的负载电感L；
当负载组件部分等效电容CL已给定，供电电容的最小电容值C1,C2,…CN等于直流母线电容值Cbus，由下式计算：其中Io是负载组件部分等效电阻RL上的输出电流；Vo是负载组件部分等效电阻RL上的输出电压；ΔVo是负载组件部分等效电阻RL上的输出电压纹波给定的上限值；fsw是电路开关频率；
当负载组件部分等效电容CL未限定，供电电容的最小电容值C1,C2,…CN等于直流母线电容值Cbus；由下式计算：令NCbus＝CL，得出所需最小CL：其中N为供电电容数量，Io是负载组件部分等效电阻RL上的输出电流；Vo是负载组件部分等效电阻RL上的输出电压；ΔVo为负载组件部分等效电阻RL上输出电压纹波给定的上限值；fsw为电路开关频率。


3.如权利要求1所述的一种混合模数变换器电路，其特征在于：所述数字变换器为DC/DC变换器。


4.如权利要求3所述的一种混合模数变换器电路，其特征在于：所述数字变换器为降压变换器或者升压变换器或者谐振变换器。
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵晖，申彦峰，龙腾，
申请(专利权)人：赵晖，申彦峰，龙腾，
类型：新型
国别省市：湖北;42