一種橋式模塊化多電平雙向開關電容交流-交流變換器制造技術

本發明專利技術公開了一種橋式模塊化多電平雙向開關電容交流-交流變換器，能實現4X倍的升壓/降壓交流-交流變換。所述的橋式模塊化多電平雙向開關電容交流-交流變換器僅由電容器和雙向開關器件組成，其中電容器為無極性電容，每個雙向開關由兩個全控型器件MOSFET源極串聯而成。當處于升壓模式時，輸入端與低壓源相連，輸出端與負載相連；當處于降壓模式時，輸入端與高壓源相連，輸出端與負載相連，交換電源與負載即可實現升壓/降壓轉換，控制方式簡單。具有能量轉換效率高、重量輕、功率密度高、器件總功率等級低、擴展性強等優點，可替代用于家用或商用電器的低功率、低電壓自耦變壓器。

【技術實現步驟摘要】
一種橋式模塊化多電平雙向開關電容交流-交流變換器
本專利技術涉及一種開關電容交流-交流變換器，尤其涉及一種橋式模塊化多電平雙向開關電容交流-交流變換器。
技術介紹
在家用或商用電器中通常采用低功率、低電壓的自耦變壓器來獲得不同數值的交流電壓，但是自耦變壓器同任何電磁變壓器一樣，效率差并且會產生相當大的可聞噪聲，與此同時用于生產自耦變壓器的材料金屬銅成本較高，經濟效益不佳。開關電容變換器僅由一定數量的電容和開關組成，無磁性元件，具有體積小、重量輕、功率密度大、易集成等優點。開關電容變換器在非隔離直流-直流電力變換上的應用研究已經有了數十年時間，而用于交流-交流變換始于近幾年。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種橋式模塊化多電平雙向開關電容交流-交流變換器，能實現4X倍的升壓/降壓交流-交流變換。為了解決上述的技術問題，本專利技術提供了一種橋式模塊化多電平雙向開關電容交流-交流變換器，包括一個H橋、至少一個基本開關電容模塊；所述H橋包括二個輸入端和四個輸出端；所述基本開關電容模塊包括四個輸入端和二個輸出端；所述H橋由第一雙向開關S1、第二雙向開關S2、第三雙向開關S3、第四雙向開關S4組成；所述雙向開關的控制方式為第一雙向開關S1和第四雙向開關S4同步，第二雙向開關S2與第三雙向開關S3同步；所述第一雙向開關S1和第四雙向開關S4的驅動信號與第二雙向開關S2與第三雙向開關S3的驅動信號之間相差180°；所述基本開關電容模塊由第五雙向開關S5、第六雙向開關S6、第七雙向開關S7、第八雙向開關S8和第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4組成；每個所述雙向開關由兩個全控型器件MOSFET源極串聯而成，驅動信號同時施加到所述兩個全控型器件MOSFET的柵極和源極，則實現了雙向導通。作為優選：所述第一雙向開關S1的第一漏極與輸入電源正極連接；所述第一雙向開關S1的第二漏極與所述第二雙向開關S2的第一漏極連接；所述第二雙向開關S2的第二漏極與輸入電源負極連接；所述第三雙向開關S3的第一漏極與輸入電源正極連接；所述第三雙向開關S3的第二漏極與所述第四雙向開關S4的第一漏極連接；所述第四雙向開關S4的第二漏極與輸入電源負極連接。作為優選：所述第五雙向開關S5的第一漏極與輸入電源正極連接；所述第五雙向開關S5的第二漏極與所述第七雙向開關S7的第一漏極連接；所述第七雙向開關S7的第二漏極為輸出電源正極；所述第六雙向開關S6的第一漏極與輸入電源負極連接；所述第六雙向開關S6的第二漏極與所述第八雙向開關S8的第一漏極連接；所述第八雙向開關S8的第二漏極為輸出電源負極；所述第一電容C1連接在所述第一雙向開關S1的第二漏極與第五雙向開關S5的第二漏極之間；第一電容C2連接在所述第一雙向開關S1的第二漏極與第六雙向開關S6的第二漏極之間；第三電容C3連接在所述第三雙向開關S3的第二漏極與第七雙向開關S7的第二漏極之間；第四電容C4連接在所述第三雙向開關S3的第二漏極與第八雙向開關S8的第二漏極之間；作為優選：所述第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4為無極性電容。作為優選：將所述輸入電源與輸出電源交換，即可實現降壓的功能。作為優選：所述基本開關電容模塊可以串聯形成基本開關電容模塊拓撲，每增加一個基本開關電容模塊，輸出電壓電平較輸入電壓電平升高或降低4倍。相較于現有技術，本專利技術提供的技術方案具備以下有益效果：本專利技術提供的一種橋式模塊化開關電容交流-交流變換器，在升壓模式下可將電源的交流電壓進行4X倍升壓，交換電源和負載即可實現4X倍降壓。能量轉換效率高、重量輕、功率密度高、器件總功率等級低、擴展性強，可替代用于家用或商用電器的自耦變壓器。附圖說明圖1為本專利技術的電路結構示意圖。圖2為理論波形圖，其中：(a)輸入和輸出電壓(b)電容兩端電壓(c)開關管端電壓。圖3為H橋電路圖。圖4為基本開關電容模塊圖。圖5為各開關觸發脈沖波形圖。圖6為增加一個基本開關電容模塊后的升壓電路結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖與實例，對本專利技術作進一步闡述。實施例一：本實施例以升壓電路為例：參考圖1-5，一種橋式模塊化多電平雙向開關電容交流-交流變換器，包括一個H橋、至少一個基本開關電容模塊；所述H橋包括二個輸入端和四個輸出端，所述二個輸入端分別與輸入電源的正極、負極連接；所述四個輸出端與所述基本開關電容模塊的四個輸入端連接；所述基本開關電容模塊的二個輸出端為輸出電源的正負極；所述H橋由第一雙向開關S1、第二雙向開關S2、第三雙向開關S3、第四雙向開關S4組成；所述雙向開關的控制方式為第一雙向開關S1和第四雙向開關S4同步，第二雙向開關S2與第三雙向開關S3同步；所述第一雙向開關S1和第四雙向開關S4的驅動信號與第二雙向開關S2與第三雙向開關S3的驅動信號之間相差180°，如圖5所示；所述基本開關電容模塊由第五雙向開關S5、第六雙向開關S6、第七雙向開關S7、第八雙向開關S8和第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4組成；所述第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4為無極性電容。每個所述雙向開關由兩個全控型器件MOSFET源極串聯而成，驅動信號同時施加到所述兩個全控型器件MOSFET的柵極和源極，則實現了雙向導通。所述第一雙向開關S1的第一漏極與輸入電源正極連接；所述第一雙向開關S1的第二漏極與所述第二雙向開關S2的第一漏極連接；所述第二雙向開關S2的第二漏極與輸入電源負極連接；所述第三雙向開關S3的第一漏極與輸入電源正極連接；所述第三雙向開關S3的第二漏極與所述第四雙向開關S4的第一漏極連接；所述第四雙向開關S4的第二漏極與輸入電源負極連接。所述第五雙向開關S5的第一漏極與輸入電源正極連接；所述第五雙向開關S5的第二漏極與所述第七雙向開關S7的第一漏極連接；所述第七雙向開關S7的第二漏極為輸出電源正極；所述第六雙向開關S6的第一漏極與輸入電源負極連接；所述第六雙向開關S6的第二漏極與所述第八雙向開關S8的第一漏極連接；所述第八雙向開關S8的第二漏極為輸出電源負極；所述第一電容C1連接在所述第一雙向開關S1的第二漏極與第五雙向開關S5的第二漏極之間；第一電容C2連接在所述第一雙向開關S1的第二漏極與第六雙向開關S6的第二漏極之間；第三電容C3連接在所述第三雙向開關S3的第二漏極與第七雙向開關S7的第二漏極之間；第四電容C4連接在所述第三雙向開關S3的第二漏極與第八雙向開關S8的第二漏極之間；在一個開關周期中，橋式模塊化多電平雙向開關電容交流-交流變換器有兩種工作狀態。現對工作狀態說明如下：(1)開關S1、S4、S6、S7導通，開關S2、S3、S5、S8關斷。C1、C4放電，C2、C3充電，其中電源對C2充電，同時電源與C1串聯對C3充電。(2)開關S2、S3、S5、S8導通，開關S1、S4、S6、S7關斷。C1、C4充電，C2、C3放電，其中電源對C1充電，同時電源與C2串聯對C4充電。兩個工作狀態交替進行。在整個工作狀態中，開關頻率為100kHz，驅動信號占空比為0.5。電源分別將C1、C2充電至電壓Vlow，電源分別與C2、C1串聯對C4、C3充電至電壓2Vlow。C3、C4串聯得到輸出電壓4本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種橋式模塊化多電平雙向開關電容交流?交流變換器，其特征在于包括一個H橋、至少一個基本開關電容模塊；所述H橋包括二個輸入端和四個輸出端；所述基本開關電容模塊包括四個輸入端和二個輸出端；?所述H橋由第一雙向開關S1、第二雙向開關S2、第三雙向開關S3、第四雙向開關S4組成；所述雙向開關的控制方式為第一雙向開關S1和第四雙向開關S4同步，第二雙向開關S2與第三雙向開關S3同步；所述第一雙向開關S1和第四雙向開關S4的驅動信號與第二雙向開關S2與第三雙向開關S3的驅動信號之間相差180°；?所述基本開關電容模塊由第五雙向開關S5、第六雙向開關S6、第七雙向開關S7、第八雙向開關S8和第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4組成；?每個所述雙向開關由兩個全控型器件MOSFET源極串聯而成，驅動信號同時施加到所述兩個全控型器件MOSFET的柵極和源極，則實現了雙向導通。

【技術特征摘要】
1.一種橋式模塊化多電平雙向開關電容交流-交流變換器，其特征在于包括一個H橋、至少一個基本開關電容模塊；所述H橋包括二個輸入端和四個輸出端；所述基本開關電容模塊包括四個輸入端和二個輸出端；所述H橋由第一雙向開關S1、第二雙向開關S2、第三雙向開關S3、第四雙向開關S4組成；所述雙向開關的控制方式為第一雙向開關S1和第四雙向開關S4同步，第二雙向開關S2與第三雙向開關S3同步；所述第一雙向開關S1和第四雙向開關S4的驅動信號與第二雙向開關S2與第三雙向開關S3的驅動信號之間相差180°；所述基本開關電容模塊由第五雙向開關S5、第六雙向開關S6、第七雙向開關S7、第八雙向開關S8和第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4組成；每個所述雙向開關由兩個全控型器件MOSFET源極串聯而成，驅動信號同時施加到所述兩個全控型器件MOSFET的柵極和源極，則實現了雙向導通；所述第一雙向開關S1的第一漏極與輸入電源正極連接；所述第一雙向開關S1的第二漏極與所述第二雙向開關S2的第一漏極連接；所述第二雙向開關S2的第二漏極與輸入電源負極連接；所述第三雙向開關S3的第一漏極與輸入電源正極連接；所述第三雙向開關S3的第二漏極與所述第四雙向開關S4的第一漏極連接；所述第四雙向開關S4的第二漏極與輸入電源負極連接；所述第五雙向開關S5的第一漏...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何良宗，李彤，周偉，陳文薌，廖育賢，
申請(專利權)人：廈門大學，
類型：發明
國別省市：福建;35