[发明专利]一种基于开关电容的级联型高增益降压电力电子变压器

说明书

本发明公开了一种基于开关电容的级联型高增益电力电子变压器，包括N个级联的开关电容型AC‑AC变换器，AC‑AC变换器基本单元包含双向半导体开关和开关电容，双向半导体开关有两个反向串联的MOS管或者IGBT开关管构成。AC‑AC变换器基本单元通过直接PWM斩波控制方式，实现输出电压等于输入电压的一半。本发明通过多个AC‑AC变换器基本单元级联的方式实现高增益降压电力电子变压器。具有如下优点：通过模块化AC‑AC变换器单元的级联可以实现高降压比；整个主电路中没有使用磁性元件，提高系统效率，可大大降低电力电子变压器的体积和重量；采用高频等占空比直接PWM控制方式，易于实现。

技术领域

本发明涉及电力电子变压器，具体涉及一种基于开关电容的级联型高增益降压电力电子变压器。

背景技术

目前，传统变压器大多采用硅钢片和线圈构成，通过电磁感应的方式实现交流电压的升、降压变换，一方面传统工频变压器存在体积大、重量重的缺点，另一方面工频变压器在投入启动过程中会产生较大的励磁涌流电流，同时含有加大的直流分量电流过渡过程较长，变压器轻载时输入电流波形畸变较大等缺点。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可以实现直接AC-AC变换的基于开关电容的级联型高增益降压电力电子变压器，可通过开关电容型AC-AC变换器基本单元的级联实现高增益降压变压器。

本发明采用的技术方案是：一种基于开关电容的级联型高增益降压电力电子变压器，包括N个级联的开关电容型AC-AC变换器，所述开关电容型AC-AC变换器包括双向开关和开关电容；所述双向开关包括第一双向开关、第二双向开关、第三双向开关和第四双向开关；所述开关电容包括第一开关电容、第二开关电容和第三开关电容；

所述第一双向开关的一端与外界电源的一端连接，同时连接到开关电容的一端；第一双向开关的另一端与第二双向开关的一端连接，同时连接到开关电容的一端连接；

所述第二双向开关的另一端与第三双向开关的一端相连，同时连接到开关电容的另一端，同时与开关电容的一端连接；

所述第三双向开关的另一端与第四开关的一端相连接，同时与开关电容的另一端相连接；

所述第四双向开关的另一端与开关电容的另一端连接，同时与外界电源的另一端连接。

进一步地，所述开关电容型AC-AC变换器中的第一个开关电容型AC-AC变换器的一个输入端与外界电源的一端连接，第一个开关电容型AC-AC变换器的另一个输入端与外界电源的另一端连接；第一个开关电容型AC-AC变换器的一个输出端与第二个开关电容型AC-AC变换器的一个输入端连接，同时第一个开关电容型AC-AC变换器的另一个输出端与第二个开关电容型AC-AC变换器的另一个输入端连接；

第N-1个开关电容型AC-AC变换器的一个输出端与第N个开关电容型AC-AC变换器的一个输入端连接，同时第N-1个开关电容型AC-AC变换器的另一个输出端与第N个开关电容型AC-AC变换器的另一个输入端连接；第N个开关电容型AC-AC变换器的一个输出端与负载的一端连接，第N个开关电容型AC-AC变换器的另一个输出端与负载的另一端连接。

本发明的优点：

本发明是可实现高增益降压变换的级联型电力电子变压器，（1）采用开关电容型AC-AC变换器作为基本单元，可通过级联的方式实现高压输入到低压输出的变换，变换器无磁性元件整机大小、体积重量和成本可大为降低；（2）整个电路可采用模块化设计方案，具有结构简单，便于生产和维护；（3）控制方案采用高频等占空比直接PWM方式，易于实现。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明