谐振串联型开关电容DC/DC变换器

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  充电、恒流放电工作方式,降低了浪峰电流和变换损耗。根据RLC电路响应规律,采用近似值方法,解出了输出电压、变换效率和充电平均电流的数学表达式,可知这种

  开关电容直流变换器是以电容为储能元件的功率变换器,其体积小、重量轻、效率高且易于集成。但硬开关控制方式的开关电容变换器存在开关电流大、EMI问题严重等缺点。谐振型开关电容直流变换器对于开关损耗、EMI和电流应力等性能有所改善,但同时存在一个问题:对于升压式电路,电容充电时,该电容不能同时向负载放电,只能由输出电容向负载供电,变换器输出电流占空比就会较小,势必导致工作电流峰值变大,使阻性损耗变大。采用双相的电路结构可使电流占空比增大一倍,但功率器件数量也相应增加一倍。

  根据向串联电容逐个充电能升压的原理,参考文献,在此提出一种谐振串联型开关电容DC/DC变换器,电路在对谐振电容充电的同时,能以恒流方式向负载放电,可增大工作电流占空比,从而减小谐振峰值电流,降低阻性损耗,提高变换效率。

  图1示出谐振型2倍压主电路拓扑结构,Cs,L1为低压端EMI滤波元件,C3,L3为高压端EMI滤波元件。谐振电容C1,C2与C3间用L3相连。

  模态I VT1,VD1导通,VT2,VD2关断,电源电流通过L1,L2,VT1,VD1向C1谐振充电,同时电源和C2串联向负载供电,即图2波形T2时段;

  模态II VT1仍然导通,VT2,VD2继续关断,由于VD1的反向阻断,VT1无电流,电路为C1,C2串联向负载放电,即图2波形t3~t4时段;

  模态III VT1,VD1关断,VT2,VD2导通,电源向C2充电,同时与C1串联向负载供电,类同模态I;

  简言之,电源轮流向电容充电,电容串联升压输出。若T2=T3,则模态II和IV时间为零,则输入充电电流时间占空比为100%。

  由于谐振型电路工作要基于电路的参数,当电路LC谐振参数确定后,T2通常不能改变。则调压方式只能是改变模态II和IV的时间,也即调频方式。当T2=T3时,为开关频率上限fh=1/(2T2),调节输出电压时,只能在fh上限频率处向下调节。

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