逐压控制的开关电容DC_DC变换器（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）逐压控制的开关电容DC-DC变换器VoltageFollowingControledSwitchingCapacitorDC2DCConverters西安理工大学刘健陈治明钟彦儒(西安710048摘要:论述了逐压控制的开关电容DC2DC变换器的组成和工作原理。采用串2并电容对及与适当电容串联组合的方法,提高了变换器的效率。对采用开关隔离的DC2DC变换器亦进行了探讨。仿真与实验结果证明了该方法的优良性能。Abstract:TheoperationprincipleandconfigurationoftheVoltagefollowingcontrolled(VFCswitchingcapacitorDC2DCconverterisdiscussed.Byusingapairofseriesparallelcapacitorsinserieswithapropercapacitor,efficiencyoftheconverterisgreatlyincreased.Isolatedswitched2capacitorcon2verterisalsoinvestigated.Simulationandexperimentresultsshowgoodperformanceofthemethod.叙词:变换器效率逐压控制Keywords:convertors;efficiencyvoltagefollowingcontrol1引言传统的DC2DC变换器都含有电感元件,不能令人满意[1]。用感性元件作负载会使开关器件的关断电流不能立即为零,产生反向尖峰电动势以及过电流失磁现象等,都会为设计带来麻烦,DC2DC变换器不易集成,难以实现小型化。不含感性元件的开关电容变换器[2~6]仅采用功率开关和电容器,因而容易集成,在便携式设备、微型计算机、汽车等领域很有发展前途。目前,对开关电容变换器的研究还存在许多不足。早期的开关电容变换器的电压转换比由结构确定,无法调整[2];文献3、4中虽然引入了调节,但效果不佳;文献5中采用了PWM调节,从而得到了可调整的转换比率但其效率较低,其中采用串2并电容对组合提高了转换效率,但只能实现1N的降压转换(N为串2并对阶数,因采用PWM调节动态响应速度慢,这种开关电容变换器只适合于DC2DC变换。本文提出的逐压控制方案取代了传统PWM调节,具有较好的动态响应。采用同样结构的开关电容变换器,可实现DC2AC变换和构成失真小的DC2AC变换器。文中采用串2并电容对与适当电容串联的方法,使任意电压变比的DC2DC变换器实现了低功耗。另外,还试验了不采用变压器的MOSFET有源隔离技术。2基本原理逐压控制的开关电容变换器及控制电路原理图如图1所示。其中,Ron为MOSFETS1、S2的导通电阻,D为施密特触发器,U为振荡器,N为比较器,VW为基准源。图1(a逐压控制开关电容变换器原理图(b控制电路原理图变换器启动后,当输出超过U0+Ue或振荡脉冲为负时,S2关断、S1导通;当输出低于U0-Ue且振荡脉冲为正时,S2导通、S1截止。U0是输出电压设计值,2Ue为允许纹波电压峰2峰值。S1和S2的控制逻辑设计成互为相反的状态。通过振荡器提供的脉冲信号,可保证在变换器启动初始即使Uc2很低(或为零C1也有被91《电力电子技术》1997年第1期1997.2充电的机会,而当Uc2建立起足够的电压后,通过逻辑电路封锁振荡器脉冲。这样,在启动初期S1、S2受U强制控制,以确保启动成功。稳定后U不起作用,S1、S2完全由Uc2电压反馈控制。由上可见,这种新的控制方法可使输出电压限制在所设计的动态范围内(见图5a。若将基准源Vw换成正弦交流电压,输出就成为正弦交流电压,即实现了DC2AC变换(见图5b。并联三套上述的DC2AC单元,并使Vw为互差120°的工频正弦波信号,则可得到较好的三相交流功率输出。如果Vw采用任意波形信号,则可得到这种波形的功率输出,因而这种控制法称为逐压控制法。3分析与讨论3.1关于C1对于降压型DC2DC开关电容变换器,C1采用串2并电容对形式可降低损耗,如图2所示。串2并电容对的特点是串联充电、并联放电,充电时几个电容串联形成较高的初态电压,使其与电源电压之差较小,因而充电电流较小,损耗亦降低。放电时并联放电,放电电压为串联充电电压的1N,即实现了降压作用。放电时间常数较大,可保证在要求动态范围内提供的电能可维持较长一段时间。采用图2a、b的串2并对电容构成C1只能实现1N的变比,而采用图2c的形式可实现任意变比[包括1N(N>2]。与高阶