本單元電路的降壓變比的乘積，由此可以實(shí)現(xiàn)任意合數(shù)的變比。
[0032]變換器的輸入端與220V的50Hz市電連接，輸出端與負(fù)載連接。
[0033]功率開關(guān)組中的每個(gè)功率開關(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)功率開關(guān)管的柵極相連接。
[0034]如圖2所示，對(duì)于基本單元電路:第一功率開關(guān)組S1包括源極相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M1和功率開關(guān)管M2,第二功率開關(guān)組S2包括源極相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M 3和功率開關(guān)管M4,第三功率開關(guān)組S3包括源極相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M 5和功率開關(guān)管M6，以此類推，第2N功率開關(guān)組S2n包括源極相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M 41M和功率開關(guān)管M 4No
[0035]如圖2所示，2N-1個(gè)電容分別為電容C1、電容C2…電容C21^1。
[0036]如圖2所示，基本單元電路中的電容(^并聯(lián)在第一功率開關(guān)組S 第二功率開關(guān)組&串聯(lián)后的兩端，電容C 2并聯(lián)在第二功率開關(guān)組和第三功率開關(guān)組串聯(lián)后的兩端，電容(:3并聯(lián)在第三功率開關(guān)組和第四功率開關(guān)組串聯(lián)后的兩端，以此類推，電容(:21<_2并聯(lián)在第2N-2功率開關(guān)組S2N_2和第2N-1功率開關(guān)組S 21M串聯(lián)后的兩端，電容C 21^并聯(lián)在第2N-1功率開關(guān)組S2N_i和第2N功率開關(guān)組S 2N串聯(lián)后的兩端；
[0037]如圖1所示，每一級(jí)基本單元電路的基本原理與結(jié)構(gòu)基本相同，只是每一級(jí)實(shí)現(xiàn)輸入輸出1/N變比的基本單元電路所含有的電容個(gè)數(shù)和功率開關(guān)組個(gè)數(shù)不同，每一級(jí)基本單元電路輸出的變比也發(fā)生相應(yīng)的變化。
[0038]如圖1所示，對(duì)于第一級(jí)基本單元電路中含2N-1個(gè)電容(即電容C1、電容C2…電容C2N_i)，2N組功率開關(guān)組(Sp S2。。。S2N);每一組功率開關(guān)組包含兩個(gè)功率開關(guān)管，第一功率開關(guān)組S1包括源極相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M i和功率開關(guān)管M 2，第二功率開關(guān)組&包括源極相互串聯(lián)的功率開關(guān)管％和功率開關(guān)管M4，第三功率開關(guān)組S3包括源極相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M5和功率開關(guān)管M 6，以此類推，第2N功率開關(guān)組S2n包括源極相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M4im和功率開關(guān)管M4n;可以實(shí)現(xiàn)輸入輸出電壓的1/N的變比；對(duì)于第二級(jí)基本單元電路中含2P-1個(gè)電容(即電容C1、電容C2…電容C2IM)，2P組功率開關(guān)組(SpS2。。。S2p);每一組功率開關(guān)組包含兩個(gè)功率開關(guān)管，第一功率開關(guān)組S1包括源極相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M1和功率開關(guān)管M2,第二功率開關(guān)組S2包括源極相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M 3和功率開關(guān)管M 4，第三功率開關(guān)組S3包括源極相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M 5和功率開關(guān)管M 6，以此類推，第2P功率開關(guān)組S2p包括源極相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M4im和功率開關(guān)管M4p;可以實(shí)現(xiàn)輸入輸出電壓的I/P的變比；以此類推，對(duì)于第R級(jí)基本單元電路中含2Q-1個(gè)電容(即電容C1、電容C2…電容(:2(Μ)，2(?組功率開關(guān)組(Sp S2。。。S20);每一組功率開關(guān)組包含兩個(gè)功率開關(guān)管，第一功率開關(guān)組S1包括源極相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M i和功率開關(guān)管M 2，第二功率開關(guān)組&包括源極相互串聯(lián)的功率開關(guān)管％和功率開關(guān)管M4，第三功率開關(guān)組S3包括源極相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M5和功率開關(guān)管M 6，以此類推，第2Q功率開關(guān)組S2q包括源極相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M4ihl和功率開關(guān)管M 4Q;可以實(shí)現(xiàn)輸入輸出電壓的1/Q的變比；
[0039]本實(shí)用新型由R級(jí)基本單元電路級(jí)聯(lián)組成，隨著基本單元電路級(jí)數(shù)的變化，此開關(guān)電容型AC-AC變換器的輸出變比也隨之變化，按級(jí)數(shù)的增加依次實(shí)現(xiàn)逐級(jí)降壓，最后一級(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R級(jí)基本單元電路的降壓變比的乘積，由此得到輸入輸出電壓任意合數(shù)變比。每當(dāng)次級(jí)基本單元電路的輸入端輸入電壓Ui連接在前一級(jí)基本單元電路所有功率開關(guān)組依次連接后的兩端，此時(shí)輸出端連接在次級(jí)基本單元電路中任一電容兩端，若此級(jí)基本單元電路中較多側(cè)電容個(gè)數(shù)為N，則可以得到變換后的輸出電壓U。為輸入端電壓u ,的1/N ;若再將下一級(jí)基本單元電路接入到次級(jí)基本單元電路中任一電容兩端，此時(shí)輸出端連接在此基本單元電路中任一電容兩端，若此下一級(jí)基本單元電路中較多側(cè)電容個(gè)數(shù)為P，可以得到變換后的輸出電壓U。為輸入端電壓u i的I/ (N.P);以此類推，若將第R級(jí)基本單元電路接入到第R-1級(jí)基本單元電路中任一電容兩端，此時(shí)輸出端連接在第R級(jí)基本單元電路中任一電容兩端，若此第R級(jí)基本單元電路中較多側(cè)電容個(gè)數(shù)為Q，可以得到變換后的輸出電壓U。為輸入端電壓1^的1/(NP…Q);通過接入基本單元電路的結(jié)構(gòu)和級(jí)數(shù)的改變，實(shí)現(xiàn)逐級(jí)降壓，以此控制對(duì)輸出電壓不同變比的變級(jí)選擇。
[0040]每一組基本單元電路在接入到輸入端后，基本單元電路的等效電路由等效電阻和等效電容組成。其中等效電阻和等效電容的具體數(shù)值，會(huì)隨著所選取的功率開關(guān)管和電容的具體參數(shù)發(fā)生改變，但是等效電阻和等效電容的數(shù)值以及每級(jí)基本單元電路上產(chǎn)生的功率損耗均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于含有磁性元件的傳統(tǒng)的開關(guān)電源AC-AC變換器。同時(shí)每級(jí)基本單元電路中不含有磁性元件，僅由電容和功率開關(guān)管組成，與傳統(tǒng)的開關(guān)電源相比，體積大大減小，重量大大減輕，提高了功率密度。
[0041]由于基本單元電路的等效電路由等效電阻和等效電容組成，且等效電容的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于每當(dāng)次級(jí)基本單元電路接入到前級(jí)基本單元電路的三個(gè)電容的任一電容兩端時(shí)，此時(shí)前級(jí)任一電容兩端的電壓(即為次級(jí)基本單元電路的輸入電壓)記為Ui,由于前級(jí)的任一電容都在持續(xù)不斷的完成充放電的過程，可以被視為理想的電壓源，故次級(jí)的基本單元電路的分壓過程與前后級(jí)的基本單元電路之間是相互隔離且不受干擾的，經(jīng)過每一級(jí)基本單元電路的分壓過程，可以得到理想的1/N變比的均等分壓。由于每一前級(jí)基本單元電路的2N-1個(gè)電容的任一電容兩端的電壓均視為次級(jí)基本單元電路的理想的電壓源，故級(jí)聯(lián)型可實(shí)現(xiàn)任意合數(shù)變比的開關(guān)電容型AC-AC變換器的等效電容和等效電阻值均由第一級(jí)基本單元電路決定，隨著電路中基本單元電路級(jí)數(shù)的增加本實(shí)用新型變換器的等效電容和等效電阻值也不會(huì)發(fā)生改變。
[0042]在每級(jí)實(shí)現(xiàn)輸入輸出1/N變比的基本單元電路中電容C2確保電容C1和電容(:3兩端的電壓平衡，電容(；確保電容C3和電容C5兩端的電壓平衡，以此類推，電容C2N_2確保電容^-和電容^吣兩端的電壓平衡。在整個(gè)電壓周期中，每級(jí)實(shí)現(xiàn)輸入輸出1/N變比的基本單元電路中各個(gè)電容兩端的電壓都等于該級(jí)基本單元電路輸入電壓的1/N。
[0043]驅(qū)動(dòng)電路提供驅(qū)動(dòng)各個(gè)功率開關(guān)管的PWM信號(hào)，控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，使電路工作在不同的狀態(tài)。由于一般功率開關(guān)管的導(dǎo)通電壓為15V-20V，首先采用諸如SG3525的集成PWM控制芯片產(chǎn)生PWM信號(hào)，通過簡單的驅(qū)動(dòng)電路將集成PWM控制芯片產(chǎn)生的電壓放大，以達(dá)到一般功率開關(guān)管的導(dǎo)通電壓，以達(dá)到對(duì)功率開關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)閉的控制。集成PWM控制芯片產(chǎn)生的PWM信號(hào)如圖3所示，其中PWM信號(hào)周期(即功率開關(guān)管的開關(guān)周期O設(shè)為Ts，信號(hào)占空比為D。在一個(gè)周期內(nèi)，當(dāng)DTs為正半周期信號(hào)時(shí)，(1-D)為負(fù)半周期信號(hào)，兩個(gè)半周期交替進(jìn)行。對(duì)于此級(jí)聯(lián)型可實(shí)現(xiàn)任意非質(zhì)數(shù)變比的可變級(jí)開關(guān)電容型AC-AC變換器，以任意一級(jí)基本單元電路為例來進(jìn)行說明，當(dāng)DTs為PWM信號(hào)正半周期信號(hào)時(shí)，假設(shè)對(duì)功率開關(guān)組S1、S3 -S2lrf、S2lri進(jìn)行導(dǎo)通控制，此時(shí)對(duì)功率開關(guān)組S 2、S^S2n_2、S2n進(jìn)行關(guān)閉控制。當(dāng)(1-D)Ts為正半周期信號(hào)時(shí)，假設(shè)對(duì)功率開關(guān)組S1、S3、S2lri進(jìn)行導(dǎo)通控制，此時(shí)對(duì)功率開關(guān)組S2、S^S2n_2、S2n進(jìn)行關(guān)閉控制。為了保證電路及電路中個(gè)電容上的電壓穩(wěn)定與平衡，通常采用的占空比為0.5。
[0044]因此在驅(qū)動(dòng)電路提供PWM信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的情況下，對(duì)于任意一級(jí)基本單元電路，在一個(gè)開關(guān)周期中，變換器有兩種具體工作狀態(tài)，以輸入電壓正半周期為例，工作狀態(tài)描述如下:
[0045]第一個(gè)狀態(tài):第一功率開關(guān)組S1、第三功率開關(guān)組S3。。。至第2N-1功率開關(guān)組Sn這N組功率開關(guān)組閉合，第二功率開關(guān)組S2、第四功率開關(guān)組S4。。。至第2N功率開關(guān)組S2n這N組功率開關(guān)組斷開；
[0046]在這種狀態(tài)下，電容C2充電，電容C 4放電，電容C 6充電，電容C