8放電…以此類推。首先，電容Q、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…等電容開始充電，電容C3、電容C7、電容C11…等電容開始放電直到這個(gè)狀態(tài)結(jié)束。在這整個(gè)狀態(tài)過程中，電容C2充電，電容C4放電，電容(:6充電，電容C8放電…以此類推。電能由輸入電Sui傳輸給電路。這個(gè)狀態(tài)結(jié)束時(shí)，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321?這N組功率開關(guān)組斷開，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)組閉合。
[0047]第二個(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)組斷開，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…等電容開始放電，電容C3、電容C7、電容C11…等電容開始充電直到這個(gè)狀態(tài)結(jié)束。在這整個(gè)狀態(tài)過程中，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)，第一功率開關(guān)組S1、第三功率開關(guān)組S3。。。至第2N-1功率開關(guān)組321^這N組功率開關(guān)組閉合，第二功率開關(guān)組S 2、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。
[0048]第二個(gè)狀態(tài)結(jié)束后，新的開關(guān)周期從第一種狀態(tài)開始。
[0049]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。
[0050]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。
[0051]在整個(gè)工作狀態(tài)中，各個(gè)功率開關(guān)管的工作頻率均為10KHz。
[0052]實(shí)施例1
[0053]如圖4所示，是可以實(shí)現(xiàn)1/6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3個(gè)電容和4組依次串聯(lián)的功率開關(guān)組，當(dāng)輸入電壓的輸入端連接在4組功率開關(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)的功率開關(guān)組，當(dāng)輸入電壓的輸入端連接在6組功率開關(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)基本單元電路中任一電容的兩端，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1/6，由此形成實(shí)現(xiàn)1/6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)1/6變比的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0054]實(shí)施例2
[0055]如圖5所示，是可以實(shí)現(xiàn)1/12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3個(gè)電容和4組依次串聯(lián)的功率開關(guān)組，當(dāng)輸入電壓的輸入端連接在4組功率開關(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)的功率開關(guān)組，當(dāng)輸入電壓的輸入端連接在4組功率開關(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5個(gè)電容和6組依次串聯(lián)的功率開關(guān)組，當(dāng)輸入電壓的輸入端連接在6組功率開關(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)基本單元電路中任一電容的兩端，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1/12，由此形成實(shí)現(xiàn)1/12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)1/12變比的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0056]綜上所述，本實(shí)用新型僅以電容作為儲(chǔ)能元件，驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制功率開關(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)開關(guān)電容型AC-AC變換器任意合數(shù)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。
[0057]由此，本實(shí)用新型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，具有極大的創(chuàng)新性和研宄價(jià)值，具有突出顯著的技術(shù)效果。
[0058]上述【具體實(shí)施方式】用來解釋說明本實(shí)用新型，而不是對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行限制，在本實(shí)用新型的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本實(shí)用新型作出的任何修改和改變，都落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種級(jí)聯(lián)型實(shí)現(xiàn)任意合數(shù)變比的開關(guān)電容型AC-AC變換器，其結(jié)構(gòu)特征為:主要由多個(gè)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)的功率開關(guān)組組成，每組功率開關(guān)組包括兩個(gè)源極相互串聯(lián)的功率開關(guān)管，任意相鄰兩個(gè)功率開關(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一電容兩端，由此形成所述開關(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)任意合數(shù)變比的開關(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)基本單元電路中任一電容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)任意合數(shù)變比的開關(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)型實(shí)現(xiàn)任意合數(shù)變比的開關(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)任意合數(shù)變比的開關(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)任意合數(shù)變比的開關(guān)電容型AC-AC變換器，其特征在于:所述的功率開關(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。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種級(jí)聯(lián)型實(shí)現(xiàn)任意合數(shù)變比的開關(guān)電容型AC-AC變換器。由多個(gè)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)的功率開關(guān)組組成，每組功率開關(guān)組包括兩個(gè)源極相互串聯(lián)的功率開關(guān)管，任意相鄰兩個(gè)功率開關(guān)組串聯(lián)后的兩端均并聯(lián)有電容，驅(qū)動(dòng)電路與各個(gè)功率開關(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關(guān)組串聯(lián)后兩端并聯(lián)到上一基本單元電路中任意一電容兩端。本實(shí)用新型采用級(jí)聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)了任意合數(shù)的變比的不同檔位的電壓輸出，可應(yīng)用于其他固定檔位調(diào)速的設(shè)計(jì)中；并僅以電容為儲(chǔ)能元件，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, H02M5-08
【公開號(hào)】CN204538977
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520255008
【發(fā)明人】蔡慧, 由甲川, 包蒞庭, 陳衛(wèi)民, 汪偉
【申請(qǐng)人】中國計(jì)量學(xué)院
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年4月26日