電容C5、電容(V..等電容放電，電容C3、電容C7、電容C11…等電容充電，直到電流減小為零。電容Cp電容C5、電容C9…等電容開(kāi)始充電，電容C3、電容C7、電容C11…等電容開(kāi)始放電直到這個(gè)狀態(tài)結(jié)束。在這整個(gè)狀態(tài)過(guò)程中，電容C2充電，電容C4放電，電容C6充電，電容C8放電…以此類推。電能由輸入電壓Ui傳輸給電路。這個(gè)狀態(tài)結(jié)束時(shí)，第一功率開(kāi)關(guān)組S1、第三功率開(kāi)關(guān)組S3。。。至第2N-1功率開(kāi)關(guān)組321?這N組功率開(kāi)關(guān)組斷開(kāi)，第二功率開(kāi)關(guān)組S2、第四功率開(kāi)關(guān)組S4。。。至第2N功率開(kāi)關(guān)組S2n這N組功率開(kāi)關(guān)組閉合。
[0039]第二個(gè)狀態(tài):第一功率開(kāi)關(guān)組S1、第三功率開(kāi)關(guān)組S3。。。至第2N-1功率開(kāi)關(guān)組Sn這N組功率開(kāi)關(guān)組斷開(kāi)，第二功率開(kāi)關(guān)組S2、第四功率開(kāi)關(guān)組S4。。。至第2N功率開(kāi)關(guān)組S2n這N組功率開(kāi)關(guān)組閉合。首先，電路將電能傳輸給輸入電壓Ui,電容C2放電，電容C4充電，電容C6放電，電容C8充電…以此類推。電容C1、電容C5、電容(V..等電容充電，電容C3、電容C7、電容C11…等電容放電，直到電流減小為零，此時(shí)電能由輸入電壓Ui傳輸給電路。電容C1,電容C5、電容C9…等電容開(kāi)始放電，電容C3、電容C7、電容C11…等電容開(kāi)始充電直到這個(gè)狀態(tài)結(jié)束。在這整個(gè)狀態(tài)過(guò)程中，電容C2放電，電容C4充電，電容C6放電，電容(:8充電…以此類推。這個(gè)狀態(tài)結(jié)束時(shí)，第一功率開(kāi)關(guān)組S1、第三功率開(kāi)關(guān)組S3。。。至第2N-1功率開(kāi)關(guān)組321^這N組功率開(kāi)關(guān)組閉合，第二功率開(kāi)關(guān)組S 2、第四功率開(kāi)關(guān)組S4。。。至第2N功率開(kāi)關(guān)組S2n這N組功率開(kāi)關(guān)組斷開(kāi)。
[0040]第二個(gè)狀態(tài)結(jié)束后，新的開(kāi)關(guān)周期從第一種狀態(tài)開(kāi)始。
[0041]在輸入電壓的負(fù)半周期，變換器有著相似的工作狀態(tài)，只是電流的方向相反。
[0042]每一級(jí)基本單元電路都有著相同的工作狀態(tài)，每一級(jí)基本單元電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)也是相互獨(dú)立的。
[0043]在整個(gè)工作狀態(tài)中，各個(gè)功率開(kāi)關(guān)管的工作頻率均為ΙΟΟΚΗζ。
[0044]實(shí)施例1
如圖4所示，是可以實(shí)現(xiàn)2/9變比的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，此電路拓?fù)溆蓛杉?jí)基本單元電路組成。第一級(jí)基本單元電路包括5個(gè)電容和6組依次串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)組，當(dāng)輸入電壓的輸入端連接在6組功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端，第一級(jí)基本單元中任一電容的兩端的輸出電壓，均可以得到輸入電壓的1/3的變比，第一級(jí)基本單元中任意兩個(gè)相鄰的電容兩端的輸出電壓，均可以得到輸入電壓的2/3的變比，以此類推。第二級(jí)基本單元電路包括5個(gè)電容和6組依次串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)組，當(dāng)輸入電壓的輸入端連接在6組功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端，第二級(jí)基本單元中任一電容的兩端的輸出電壓，均可以得到輸入電壓的1/3的變比。第二級(jí)基本單元電路以級(jí)聯(lián)的方式連接在第一級(jí)基本單元電路中任意兩個(gè)相鄰的電容的兩端，第二級(jí)基本單元電路中任一電容兩端作為電路的電源輸出端。第二級(jí)基本單元電路電源輸出端的電壓與電源輸入端電壓的變比為兩級(jí)基本單元電路的降壓變比的乘積，即為變比2/9，由此形成實(shí)現(xiàn)2/9變比的AC-AC變換器。如圖6所示，是輸入電壓七與220V的50Hz市電連接，接入到一級(jí)基本單元電路，輸出電壓U。接入到第二級(jí)基本單元中任一電容兩端的電壓，將輸入電壓Ui與輸出電壓u。進(jìn)行三分壓后，實(shí)現(xiàn)2/9變比的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0045]實(shí)施例2 如圖5所示，是可以實(shí)現(xiàn)3/16變比的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，此電路拓?fù)溆扇?jí)基本單元電路組成。第一級(jí)基本單元電路包括7個(gè)電容和8組依次串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)組，當(dāng)輸入電壓的輸入端連接在8組功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端，第一級(jí)基本單元中任一電容的兩端的輸出電壓，均可以得到輸入電壓的1/4的變比，第一級(jí)基本單元中任意兩個(gè)相鄰的電容的兩端的輸出電壓，均可以得到輸入電壓的1/2的變比，第一級(jí)基本單元中任意三個(gè)相鄰的電容的兩端的輸出電壓，均可以得到輸入電壓的3/4的變比。第二級(jí)基本單元電路包括3個(gè)電容和4組依次串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)組，當(dāng)輸入電壓的輸入端連接在4組功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端，第一級(jí)基本單元中任一電容的兩端的輸出電壓，均可以得到輸入電壓的1/2的變比。第三級(jí)基本單元電路包括3個(gè)電容和4組依次串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)組，當(dāng)輸入電壓的輸入端連接在4組功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端，第二級(jí)基本單元中任一電容的兩端的輸出電壓，均可以得到輸入電壓的1/2的變比。第二級(jí)基本單元電路以級(jí)聯(lián)的方式連接在第一級(jí)基本單元電路中任意三個(gè)相鄰的電容的兩端，第三級(jí)基本單元電路以級(jí)聯(lián)的方式連接在第二級(jí)基本單元電路中任一電容的兩端，第三級(jí)基本單元電路中任一電容兩端作為電路的電源輸出端。第三級(jí)基本單元電路電源輸出端的電壓與電源輸入端電壓的變比為三級(jí)基本單元電路的降壓變比的乘積，即為變比3/16，由此形成實(shí)現(xiàn)3/16變比的AC-AC變換器。如圖7所示，是輸入電壓七與220V的50Hz市電連接，接入到一級(jí)基本單元電路，輸出電壓u。接入到第三級(jí)基本單元中任一電容兩端的電壓，將輸入電壓Ui與輸出電壓u。進(jìn)行三分壓后，實(shí)現(xiàn)3/16變比的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0046]綜上所述，本發(fā)明僅以電容作為儲(chǔ)能元件，驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而控制電容的充放電時(shí)間，通過(guò)控制電路結(jié)構(gòu)中基本單元電路的級(jí)數(shù)以及每一級(jí)基本單元電路中較多側(cè)電容個(gè)數(shù)N的改變，通過(guò)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)逐級(jí)降壓，從而實(shí)現(xiàn)了可變級(jí)開(kāi)關(guān)電容型AC-AC變換器任意降壓的變比，同時(shí)降低了變換器的體積，提高了變換器的功率密度，等效內(nèi)阻小且隨著基本單元電路級(jí)數(shù)的增加基本不發(fā)生改變。
[0047]由此，本發(fā)明提出了將基本單元電路級(jí)聯(lián)的新思路，將基本單元電路級(jí)聯(lián)，打破了原有的將AC-AC變換器縱向拓展的固有思路，具有極大技術(shù)的創(chuàng)新性和研宄價(jià)值。
[0048]上述【具體實(shí)施方式】用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種級(jí)聯(lián)型實(shí)現(xiàn)任意降壓變比的開(kāi)關(guān)電容型AC-AC變換器，其結(jié)構(gòu)特征為:主要由多個(gè)用于實(shí)現(xiàn)輸入輸出K/N變比的基本單元電路依次級(jí)聯(lián)構(gòu)成，基本單元電路由電容和多組依次串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)組組成，每組功率開(kāi)關(guān)組包括兩個(gè)源極相互串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)管，任意相鄰兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后的兩端均并聯(lián)有一電容，驅(qū)動(dòng)電路與各個(gè)功率開(kāi)關(guān)管的柵極相連接；級(jí)聯(lián)方式為由次一級(jí)基本單元電路中所有功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后兩端并聯(lián)到上一級(jí)基本單元電路中任意多個(gè)電容串聯(lián)后的兩端，由此形成所述開(kāi)關(guān)電容型AC-AC變換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種級(jí)聯(lián)型實(shí)現(xiàn)任意降壓變比的開(kāi)關(guān)電容型AC-AC變換器，其特征在于:所述第一級(jí)基本單元電路中所有功率開(kāi)關(guān)組依次串聯(lián)后的兩端作為電源輸入端，最后一級(jí)基本單元電路中任意多個(gè)電容串聯(lián)后的兩端作為電源輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種級(jí)聯(lián)型實(shí)現(xiàn)任意降壓變比的開(kāi)關(guān)電容型AC-AC變換器，其特征在于:所述的各級(jí)基本單元電路中電容的數(shù)量和功率開(kāi)關(guān)組的組數(shù)相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種級(jí)聯(lián)型可實(shí)現(xiàn)任意降壓變比的開(kāi)關(guān)電容型AC-AC變換器，其特征在于:所述的各級(jí)基本單元電路中電容的數(shù)量和功率開(kāi)關(guān)組的組數(shù)不相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種級(jí)聯(lián)型實(shí)現(xiàn)任意降壓變比的開(kāi)關(guān)電容型AC-AC變換器，其特征在于:所述的變換器的輸入端與220V的50Hz市電連接，輸出端與負(fù)載連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種級(jí)聯(lián)型實(shí)現(xiàn)任意降壓變比的開(kāi)關(guān)電容型AC-AC變換器，其特征在于:所述的功率開(kāi)關(guān)組中的每個(gè)功率開(kāi)關(guān)管均由驅(qū)動(dòng)電路提供PWM信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路與各個(gè)功率開(kāi)關(guān)管的柵極相連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種級(jí)聯(lián)型實(shí)現(xiàn)任意降壓變比的開(kāi)關(guān)電容型AC-AC變換器。多個(gè)實(shí)現(xiàn)任意輸入輸出K/N變比的基本單元電路依次級(jí)聯(lián)，基本單元電路由電容和多組依次串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)組組成，每組功率開(kāi)關(guān)組包括兩個(gè)源極相互串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)管，任意相鄰兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后兩端均并聯(lián)一電容，驅(qū)動(dòng)電路與功率開(kāi)關(guān)管柵極相連接；次一級(jí)基本單元電路中功率開(kāi)關(guān)組串聯(lián)后兩端并聯(lián)到上一級(jí)基本單元電路中任意多個(gè)電容串聯(lián)后兩端。本發(fā)明以級(jí)聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)了任意降壓的變比的不同檔位的電壓輸出，應(yīng)用于其他檔位調(diào)速的設(shè)計(jì)中；僅以電容為儲(chǔ)能元件，不含磁性元件，降低變換器的體積，等效內(nèi)阻小且隨著基本單元電路級(jí)數(shù)的增加基本不發(fā)生改變、功率密度高。
【IPC分類】H02M5-293
【公開(kāi)號(hào)】CN104779811
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510200083
【發(fā)明人】由甲川, 蔡慧, 包蒞庭, 陳衛(wèi)民, 汪偉
【申請(qǐng)人】中國(guó)計(jì)量學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年4月26日