[发明专利]一种升降压Cuk双谐振开关电容变换器

说明书

本发明公开了一种升降压Cuk双谐振开关电容变换器，该变换器基于传统反压模式SCC进行改进，通过引入两个小电感构成双谐振回路，实现了软开关，降低了变换器的开关损耗，同时通过调节谐振充放电时间实现了该变换器优良的电压增益调节性能。这种RSCC拓扑与其他RSCC拓扑相比，没有增加电路结构的复杂性，为需要高功率密度和超宽的电压增益调节范围的应用场合提供了一种高性能、低成本解决方案。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种升降压Cuk双谐振开关电容变换器。

背景技术

随着现代科技的发展，在实际产品设计中对于电源的小型化、集成化即提高电源的功率密度有了更多的需求。

被广泛应用的PWM变换器如Buck、Boost等，其电路中存在大的电感，所以对于功率密度的提升带来极大的限制。开关电容变换器Switched Capacitor Converter,SCC因其电路结构中不存在额外的电感，所以具有超高功率密度和极易集成的优点，自上世纪80年代被提出以后，在芯片供电、电平转换等微小功率场合获得广泛应用。但是传统开关电容变换器具有不适宜进行输出电压的调节和开关电流尖峰较大等缺陷，所以其场合具有局限性。

谐振开关电容变换器Resonant Switched Capacitor Converter,RSCC在传统SCC的电路基础上引入小电感以实现谐振软开关的目的。其概念的提出，首先解决了传统SCC电流尖峰的问题，同时业内也提出了许多实现RSCC输出电压连续调节的方案。但是受RSCC拓扑的限制，其输出电压调节范围往往是比较窄的，扩展输出电压的调节范围则往往是通过构建多级电路来实现的。多级电路的问题在于引入了更多的电感、电容和开关，这无疑会提高电路拓扑和控制的复杂程度，同时也不利于RSCC的电路小型化和集成化。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种升降压Cuk双谐振开关电容变换器，通过下述技术方案实现：

一种升降压Cuk双谐振开关电容变换器，包括第一谐振电感Lr1、第二谐振电感Lr2、第一开关管S1、第二开关管S2、第一二极管D1、第二二极管D2，谐振电容C_r，输出电容C_o，其中，第一开关管S1的漏极与输入电源正极连接，第一开关管S1的源极分别与第二开关管S2的漏极、谐振电容C_r的一端连接；第二开关管S2的源极与第一谐振电感Lr1的一端连接，第一谐振电感Lr1的另一端与输入电源负极连接；谐振电容C_r的另一端分别与第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阴极连接；第一二极管D1的阴极与第二谐振电感Lr2的一端连接，第二谐振电感Lr2的另一端与输入电源的负极连接；第二二极管D2的阳极分别与输出电容C_o的一端和负载的一端连接，输出电容C_o另一端和负载的另一端与输入电源负极连接。

进一步的，所述第一开关管S1、第二开关管S2均为金属氧化物半导体场效应管。

进一步的，所述第一二极管D1、第二二极管D2为单向开关。

进一步的，所述变换器还包括输入滤波电容，所述输入滤波电容的一端与所述输入电源的正极连接，所述输入滤波电容的另一端与所述输入电源的负极连接。

进一步的，所述输入电源负极接地，输出电压的正极接地。

进一步的，所述升降压Cuk双谐振开关电容变换器包括降压状态、临界状态、升压状态三种工作状态。

进一步的，所述降压状态下，输出电压的调节通过控制开关S1的导通时间控制输入电源输入变换器的能量。

进一步的，所述临界状态下，在输入电源电压固定的前提下，该状态下的输出电压视为固定值。