以此类推。首先，电容Cp电容C5、电容(V..等电容放电，电容C3、电容C7、电容C11…等电容充电，直到电流减小为零。电容Cp电容C5、电容C9…等电容开始充电，电容C3、电容C7、电容C11…等电容开始放电直到这个状态结束。在这整个状态过程中，电容C2充电，电容C4放电，电容C6充电，电容C8放电…以此类推。电能由输入电压Ui传输给电路。这个状态结束时，第一功率开关组S1、第三功率开关组S3。。。至第2N-1功率开关组321?这N组功率开关组断开，第二功率开关组S2、第四功率开关组S4。。。至第2N功率开关组S2n这N组功率开关组闭合。
[0040]第二个状态:第一功率开关组S1、第三功率开关组S3。。。至第2N-1功率开关组Sn这N组功率开关组断开，第二功率开关组S2、第四功率开关组S4。。。至第2N功率开关组S2n这N组功率开关组闭合。首先，电路将电能传输给输入电压Ui,电容C2放电，电容C4充电，电容C6放电，电容C8充电…以此类推。电容C1、电容C5、电容(V..等电容充电，电容C3、电容C7、电容C11…等电容放电，直到电流减小为零，此时电能由输入电压Ui传输给电路。电容C1,电容C5、电容C9…等电容开始放电，电容C3、电容C7、电容C11…等电容开始充电直到这个状态结束。在这整个状态过程中，电容C2放电，电容C4充电，电容C6放电，电容(:8充电…以此类推。这个状态结束时，第一功率开关组S1、第三功率开关组S3。。。至第2N-1功率开关组321^这N组功率开关组闭合，第二功率开关组S 2、第四功率开关组S4。。。至第2N功率开关组S2n这N组功率开关组断开。
[0041 ] 第二个状态结束后，新的开关周期从第一种状态开始。
[0042]在输入电压的负半周期，变换器有着相似的工作状态，只是电流的方向相反。
[0043]每一级基本单元电路都有着相同的工作状态，每一级基本单元电路的驱动信号也是相互独立的。
[0044]在整个工作状态中，各个功率开关管的工作频率均为ΙΟΟΚΗζ。
[0045]实施例1
如图4所示，是可以实现1/6变比的电路拓扑结构，此电路拓扑由两级基本单元电路组成。第一级基本单元电路包括3个电容和4组依次串联的功率开关组，当输入电压的输入端连接在4组功率开关组串联后的两端，第一级基本单元中任一电容的两端的输出电压，均可以得到输入电压的1/2的变比。第二级基本单元电路包括5个电容和6组依次串联的功率开关组，当输入电压的输入端连接在6组功率开关组串联后的两端，第二级基本单元中任一电容的两端的输出电压，均可以得到输入电压的1/3的变比。第二级基本单元电路以级联的方式连接在第一级基本单元电路中任一电容的两端，第二级基本单元电路电源输出端的电压与电源输入端电压的变比为两级基本单元电路的降压变比的乘积，即为变比1/6，由此形成实现1/6变比的AC-AC变换器。如图6所示，是输入电压七与220V的50Hz市电连接，接入到一级基本单元电路，输出电压U。接入到第二级基本单元中任一电容两端的电压，将输入电压Ui与输出电压u。进行三分压后，实现1/6变比的实验结果。
[0046]实施例2
如图5所示，是可以实现1/12变比的电路拓扑结构，此电路拓扑由三级基本单元电路组成。第一级基本单元电路包括3个电容和4组依次串联的功率开关组，当输入电压的输入端连接在4组功率开关组串联后的两端，第一级基本单元中任一电容的两端的输出电压，均可以得到输入电压的1/2的变比。第二级基本单元电路包括3个电容和4组依次串联的功率开关组，当输入电压的输入端连接在4组功率开关组串联后的两端，第一级基本单元中任一电容的两端的输出电压，均可以得到输入电压的1/2的变比。第三级基本单元电路包括5个电容和6组依次串联的功率开关组，当输入电压的输入端连接在6组功率开关组串联后的两端，第二级基本单元中任一电容的两端的输出电压，均可以得到输入电压的1/3的变比。第二级基本单元电路以级联的方式连接在第一级基本单元电路中任一电容的两端，第三级基本单元电路以级联的方式连接在第二级基本单元电路中任一电容的两端，第三级基本单元电路电源输出端的电压与电源输入端电压的变比为三级基本单元电路的降压变比的乘积，即为变比1/12，由此形成实现1/12变比的AC-AC变换器。如图7所示，是输入电压七与220V的50Hz市电连接，接入到一级基本单元电路，输出电压U。接入到第三级基本单元中任一电容两端的电压，将输入电压Ui与输出电压u。进行三分压后，实现1/12变比的实验结果。
[0047]综上所述，本发明仅以电容作为储能元件，驱动信号控制功率开关管的导通与关断，从而控制电容的充放电时间，通过控制电路结构中基本单元电路的级数以及每一级基本单元电路中较多侧电容个数N的改变，通过级联实现逐级降压，从而实现了可变级开关电容型AC-AC变换器任意合数的变比，同时降低了变换器的体积，提高了变换器的功率密度，等效内阻小且随着基本单元电路级数的增加基本不发生改变。
[0048]由此，本发明提出了将基本单元电路级联的新思路，将基本单元电路级联，打破了原有的将AC-AC变换器纵向拓展的固有思路，具有极大的创新性和研宄价值，具有突出显著的技术效果。
[0049]上述【具体实施方式】用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种级联型实现任意合数变比的开关电容型AC-AC变换器，其结构特征为:主要由多个基本单元电路依次级联构成，基本单元电路由电容和多组依次串联的功率开关组组成，每组功率开关组包括两个源极相互串联的功率开关管，任意相邻两个功率开关组串联后的两端均并联有一电容，驱动电路与各个功率开关管的栅极相连接；级联方式为由次一级基本单元电路中所有功率开关组串联后两端并联到上一级基本单元电路中任意一电容两端，由此形成所述开关电容型AC-AC变换器。
2.根据权利要求1所述的一种级联型实现任意合数变比的开关电容型AC-AC变换器，其特征在于:所述第一级基本单元电路中所有功率开关组依次串联后的两端作为电源输入端，最后一级基本单元电路中任一电容两端作为电源输出端。
3.根据权利要求1所述的一种级联型实现任意合数变比的开关电容型AC-AC变换器，其特征在于:所述的各级基本单元电路中电容的数量和功率开关组的组数相同。
4.根据权利要求1所述的一种级联型实现任意合数变比的开关电容型AC-AC变换器，其特征在于:所述的各级基本单元电路中电容的数量和功率开关组的组数不相同。
5.根据权利要求1所述的一种级联型实现任意合数变比的开关电容型AC-AC变换器，其特征在于:所述的变换器的输入端与220V的50Hz市电连接，输出端与负载连接。
6.根据权利要求1所述的一种级联型实现任意合数变比的开关电容型AC-AC变换器，其特征在于:所述的功率开关组中的每个功率开关管均由驱动电路提供PWM信号进行驱动，驱动电路与各个功率开关管的栅极相连接。
【专利摘要】本发明公开了一种级联型实现任意合数变比的开关电容型AC-AC变换器。由多个基本单元电路依次级联构成，基本单元电路由电容和多组依次串联的功率开关组组成，每组功率开关组包括两个源极相互串联的功率开关管，任意相邻两个功率开关组串联后的两端均并联有电容，驱动电路与各个功率开关管的栅极相连接；级联方式为由次一级基本单元电路中所有功率开关组串联后两端并联到上一基本单元电路中任意一电容两端。本发明采用级联方式实现了任意合数的变比的不同档位的电压输出，可应用于其他固定档位调速的设计中；并仅以电容为储能元件，降低变换器的体积，等效内阻小且随着基本单元电路级数的增加基本不发生改变、功率密度高。
【IPC分类】H02M5-293, H02M5-08
【公开号】CN104779809
【申请号】CN201510200082
【发明人】蔡慧, 由甲川, 包莅庭, 陈卫民, 汪伟
【申请人】中国计量学院
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月26日