[发明专利]电容矩阵DC-DC降压技术

摘要

电容矩阵DC-DC降压技术，属于电源技术领域。在磁场换能方式中，开关器件承受的应力较大，EMI设计困难，存在铜损、铁损、漏磁、辐射干扰，因此提出利用电容矩阵传递能量。电容矩阵由二极管、电容、MOSFET构成，采用单片机控制，固定脉宽调频稳压方式。电容矩阵的列先串联充电，而后并联放电。电容矩阵各列轮流工作。当同时放电列数设置为大于2时，转换效率更高，输出电压更稳定。可应用于中小功率非隔离开关电源和直流降压电路，转换效率高。

主权项

一种由电容、二极管、三极管构成的直流降压矩阵电路及其控制方法，其特征为：矩阵各列只在输入电源的正极和负极有连接，矩阵的各行只在输出电源的正极和负极有连接，且输出电源和输入电源有1个共用端，第一行的各单元由1只电容和1只三极管、1只二极管连接成且三极管的其中一端并联在输入电源的非共用端二极管用于输出电源共用端，第二行到倒数第二行的各单元由1只电容和3只二极管连接成且其中1只二极管用于正向串联相邻行的2只电容另2只二极管分别用于输出电源的共用端和非共用端，最后一行的各单元由1只电容和1只三极管、2只二极管连接成且电容的一端连接到输入电源共用端三极管的一端连接到输出电源的非共用端1只二极管用于串联相邻行的2只电容另1只二极管用于输出电源非共用端，前述矩阵电路的控制方法是矩阵每列的2只三极管在任意时刻1只导通另1只截止且各列三极管是轮流导通和截止的。(1)权利要求1所述的“矩阵各列只在输入电源的正极和负极有连接”其方法是：矩阵的第一列开关1的一端(S1)第二列开关2(S2)的一端第三列开关3(S3)的一端在输入电源(Uin)的正极并联，矩阵第一列电容C3的负极第二列电容C6的负极第三列电容C9的负极在输入电源(Uin)的负极并联。(2)权利要求1所述的“矩阵的各行只在输出电源的正极和负极有连接”其方法是：矩阵第一列的第一行的二极管3(D3)的正极第二行的二极管5(D5)的正极第三行的电容3(C3)的负极在输出电源(Uout)的负极并联，矩阵第一列的第一行电容1(C1)的正极第二行的二极管4(D4)的负极第三行二极管6(D6)的负极并联到开关4(S4)的一端，矩阵第二列的第一行的二极管9(D9)的正极第二行的二极管11(D11)的正极第三行的电容6(C6)的负极在输出电源(Uout)的负极并联，矩阵第二列的第一行电容4(C4)的正极第二行二极管10(D10)的负极第三行二极管12(D12)的负极并联到开关5(S5)的一端，矩阵第三列的第一行的二极管15(D15)的正极第二行的二极管17(D17)的正极第三行的电容9(C9)的负极在输出电源(Uout)的负极并联，矩阵第三列的第一行电容7(C7)的正极第二行二极管16(D16)的负极第三行二极管18(D18)的负极并联到开关6(S6)的一端，开关4(S4)的另一端、开关5(S5)的另一端、开关6(S6)的另一端在输出电源(Uout)的正极并联。(3)权利要求1所述的“第一行的各单元”的元件的连接方法是：开关1(S1)的一端接于输入电源(Uin)正极，开关1(S1)的另一端接电容1(C1)的正极和开关4(S4)的一端，电容1(C1)的负极接有二极管3(D3)和二极管1(D1)。(4)权利要求1所述的“第二行到倒数第二行”的每个单元的元件的连接方法是：二极管1(D1)的正极接有电容1(C1)的负极和二极管3(D3)的负极，权利要求1所述的“正向串联”是：二极管1(D1)将电容1(C1)和电容2(C2)正向串联，二极管2(D2)将电容2(C2)和电容3(C3)正向串联。(5)权利要求1所述的“最后一行”的每个单元的元件的连接方法是：二极管2(D2)的正极接有电容2(C2)的负极和二极管6(D6)的正极，电容3(C3)的负极接到输入电源共用端，二极管6(D6)的负极接有开关4(S4)。(6)权利要求1所述的矩阵电路的控制方法是：接通开关1(S1)、开关5(S5)的同时断开开关2(S2)、开关4(S4)，等待一个控制脉冲(CP)周期，接通开关2(S2)、开关6(S6)的同时断开开关3(S3)、开关5(S5)，等待一个控制脉冲(CP)周期，接通开关3(S3)、开关4(S4)的同时断开开关1(S1)、开关6(S6)，等待一个控制脉冲(CP)周期，此后在控制脉冲(CP)作用下，矩阵的各个开关分别重复各自上述步骤。