升压式开关电容AC-AC变换器设计-论文.pdf

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1、一种降压／升压式开关电容AC—AC变换器设计王忠阁，汪伟，蔡慧(中国计量学院机电工程学院，浙江杭州310018)摘要：提出了一种新型降压／升压式开关电容AC-AC变换器，能够实现电压增益为I／4或4的交流变换。阐述了变换器的主电路拓扑结构，分析了在低频和高频条件的基本工作原理，并根据变换器的等效内阻公式给出了等效电路模型。为验证理论分析的正确性，搭建了一台功率等级为5OOW开关频率为50kHz220V／55V的实验样机，实验结果验证了理论分析的正确性。关键词：开关电容；AC-AC变换器；降压，升压中图分类号：1M46文献标识码：A文章编号：1002—087X(

2、2015)07-1501—o3ABuck／Boostswitched--capacitorAC·—ACconverterWANGZhong—ge，WANGWei，CAIHui(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,ChhlaJiliangUniversity,HangzhouZhejiang31001g,China)Abstract：AnovelBuck

3、Boostswitch-capacitor一converterwasproposed．whichcouldachieveavoltagegainof1／4or

4、4ACconvemions．TheconvertermaincimuRtopologywasdescribed，lowandhighfrequencyoftheconditionsinthebasicworkingprinciplewasanalyzed。andaccordingtotheconverterequivalentintemaIresistanceformula，theequivalentcircuitmodelwasgiven．inordertoverifythecoRectnessoftheoreticalanalysis。apowerraUn

5、gof5OOWswitchingfrequencyof50kHz220V／55Vexperimentalprototypewasdesigned．Theexperimentalresultsverifythevalidityofthetheoreticalanalysis．KeyWOrds：Switched—capacitor；AC—ACconverter；Buck／Boost电力电子系统集成化的关键技术之一是磁性元件(电感或变压器)的小型化和微型化，在软开关技术下提高开关频率无疑是一个十分有效的措施，这样电路中电感和变压器的体积都可以缩小，整个电路的性能得到

6、提升。然而，当开关频率达到400500kHz左右时，主开关与磁性元件的损耗增加，转换效率下降，电磁噪声加大，用于抑制噪声的滤波电容的体积随之增大，再提高开关频率，只能带来负面的影响[1】。减少磁性元件的基本思路是发展无感变换器，开关电容变换器是一种典型的无磁性元件变换器，只由电容和开关管组成，具有体积小、质量轻、功率密度大、效率高等优点。在非隔离的DC．DC图1电压增益为1／4开关电容AC-AC变换器变换领域，开关电容变换器的研究是个热点，并且提出了不同双向功率开关，分别是s。、s：、s、S、S、S、S、S。，6个电容分别的电路拓扑结构以及等效电路模型[2_3

7、]，相应的集成芯片已经是cl、、G、C4、G、。电容G可以使电容和G两端的电在市场上广泛应用。文献[4—5]首次在AC—AC变换领域中应用压保持平衡，电容C6可以使电容C4和c5两端的电压保持平开关电容变换原理，提出了新型的电路拓扑结构，实验结果验衡。在一个开关周期中，该变换器有两个工作状态，第一个工证了开关电容AC．AC变换器的可行性。作状态，电容cI与并联，电容G与C4并联；第二个工作状1新型开关电容AC—AC变换器态，电容Cl与G并联，电容与G并联。将输入电源与负载电阻R位置互换后，可以实现电压增益为4的电路拓扑结本文提出的开关电容AC．AC变换器如图1

8、所示，该变换构。器可以实现电压增益为1／4的交流电压变换。电路中含有8个2工作原理分析开关电容AC-AC变换器的原理分析可以按照频率的不收稿日期：2014_12_19基金项目：浙江省自然科学青年基金(LQ13E070001)同分成两部分。首先是低频的分析，主要是依据输入电压的频作者简介：王忠阁(198l}__)。男，山东省人。硕士研究生。工学硕率分析该变换器的电压增益。其次是高频分析，主要依据变换士。主要研究方向为电力电子变换。器的开关周期分析电容的充放电状态。15012015．7Vo1．39NO．72．1低频分析文献[5]中理论分析得到的电压增益为：V(1)

9、2H图2电路模型开关电容等效式中：表示