开关电容变换器的研究

全软开关SEPIC变换器损耗分析摘要：本文基于全软开关SEPIC直流开关变换器，着重分析其工作过程中功率开关管、续流二极管产生的各种损耗，最终得出结论，由于软开关的介入，可以将极大地减小开关电路中各元件产生的损耗，提高变换器的效率，有广泛的应用前景。

关键词：SEPIC变换器软开关损耗效率Loss Analysis of An Soft Switching SEPIC ConverterSUN Xinfeng（The Detachment of Warship Training，Dalian Naval Academy，Dalian 116018）Abstract: Based on an soft-switching SEPIC DC-DC converter, the loss of the power switch and the freewheeling diode are analysised. Finally we can find out that thanks to adding the soft switch part the loss of the electronic elements are right smart reduced, the efficiency is increased, and it has extensive of applied foreground.Keywords：SEPIC converter, soft-switching, loss, efficiency1引言关于直流变换器在损耗问题上的研究，国内外文献多建立在对电路原理的数学仿真上[1-3]，而对其损耗机理的定量分析和计算尚不多见。

由直流变换器的工作原理可知，电路中功率MOSFET、续流二极管的损耗主要由器件的物理特性决定，限制了电路的工作频率的进一步提高，特别是在高于300kHz时，其损耗已经很大，由于损耗引起温升，降低了可靠性。

PWM型DCDC开关变换器研究综述PWM型DC-DC开关变换器通过开关元件的不断开启和关闭实现电能的转换，使得输入电压或电流在输出端产生与输入端不同的电压或电流。

PWM型DC-DC开关变换器的工作原理是利用开关元件将直流电源的电能转换为脉冲形式的电能，然后通过滤波电容和电感等元件进行滤波，最终获得稳定的输出电压或电流。

1.基本拓扑结构：PWM型DC-DC开关变换器有多种不同的拓扑结构，包括升压、降压、升降压和反激等。

研究人员通过对各种拓扑结构的比较与分析，选择最适合特定应用场景的拓扑结构。

2.控制策略：PWM型DC-DC开关变换器的控制策略是保证输出电压或电流稳定的关键。

常见的控制策略包括电流环控制、电压环控制、电压-电流双环控制等。

研究人员通过优化控制策略，提高开关变换器的性能指标，如响应时间、稳态误差和抗干扰能力等。

3.开关元件选型：开关元件的选型对PWM型DC-DC开关变换器的性能具有重要影响。

研究人员通过研究不同类型的开关元件（如MOSFET、IGBT等）的特性和参数，选择最适合特定应用场景的开关元件，并提出相关的控制策略和保护机制。

PWM型DC-DC开关变换器在各个领域中都有广泛的应用。

例如，PWM 型DC-DC开关变换器被应用于电动汽车以提供适宜的电源电压和电流；在太阳能光伏电池系统中，PWM型DC-DC开关变换器被用来调节光伏阵列的输出电压与负载匹配；此外，PWM型DC-DC开关变换器还被用于电力供应系统、通信设备、工业自动化等领域。

综上所述，PWM型DC-DC开关变换器是一种重要的电力转换设备，在不同领域中有广泛的应用。

对PWM型DC-DC开关变换器的研究包括基本拓扑结构、控制策略、开关元件选型和功率损耗分析等方面，通过优化这些关键技术，可以提高开关变换器的性能指标，满足各种应用需求。

开关电容变换器的研究
1.基本原理和工作机制：开关电容变换器将输入直流电压转换为输出直流电压的主要原理是利用开关管实现周期性切断电容和电源输入之间的连接，从而实现电能的传输和转换。

在此基础上，研究者们通过对其工作机制进行深入分析和研究，不断优化其性能和效率。

2. 拓扑结构与控制策略：开关电容变换器的拓扑结构包括基础的Buck、Boost和Buck-Boost结构，以及一些改进的结构，如Cuk结构、SEPIC结构等。

研究者们致力于研究不同拓扑结构的性能差异，并提出不同的控制策略以提高其工作效率和动态响应特性。

3.电路设计与优化：电路设计是开关电容变换器研究的重要环节。

研究者需要设计出满足特定要求的电路结构，包括开关管、电容和电感元件的选择、参数计算和元件布局。

此外，还需要考虑到温度、损耗和EMI等问题，对电路进行优化，提高电路的性能和可靠性。

4.控制技术与控制算法：开关电容变换器的控制问题主要包括电压控制和电流控制两个方面。

研究者们通过设计合适的控制策略和控制算法，实现对输出电压、输出电流和转换效率的控制。

常用的控制技术包括传统PID控制、模糊控制和模型预测控制等。

5.系统特性与性能评估：对开关电容变换器的系统特性和性能进行评估是研究的重要内容。

研究者通常使用实验测试、数值仿真和理论分析相结合的方式，对开关电容变换器的输出电压波形、效率、功率因数、动态响应等重要指标进行分析和评估。

总的来说，开关电容变换器的研究内容涉及到基本原理、拓扑结构、控制策略、电路设计、控制技术和性能评估等方面。

随着电力电子技术的
发展，开关电容变换器的研究将继续深入，以满足不断增长的电力需求和不断提高的能源效率。

开关电容变换器组成原理及发展趋势丘东元张波(华南理工大学电力学院, 广东省广州市 510641)Composing Principle and Development of Switched Capacitor ConvertersQiu Dongyuan, Zhang Bo(College of Electric Engineering, South China University of Technology, Guangzhou, 510641)ABSTRACT: Switched capacitor (SC) converters do not require any inductor or transformer, only use capacitors as energy storage components. With the advantages of small size, lightweight, high efficiency and high power density, SC converters are more popular in power electronic system. This paper divided the existed SC converters into several kinds. Based on the concept of basic SC cell, the composing principles of each kind of SC converters have been proposed. Next, the main control methods and new applications of SC converters are introduced.KEYWORDS: Switched capacitor (SC) converter, step-up, step-down, inverting摘要：开关电容变换器不含磁性元件，仅以电容作为储能元件，有体积小，重量轻，效率高和功率密度大等优点，在电力电子电路中的应用越来越广泛。

开关电容式变换器的工作原理多种倍增输出的开关电容式变换器的工作原理利用更多的受控开关和电容，改变输出电压与输入电压之比，并在供电电池使用过程中，随着电压的降低，自动地依次改变电路的倍增因子，伎其由小到大变化，就能保证在电池电压变化时，有足够高的输出电压来驱动。

电压倍增的原理—。

最大效率为，平均效率为腮。

采用脚薄型则封装，尺寸为，方形。

关于输出电压倍增及其模式的自动切换和没有多少区别，这里不再重复。

软启动含有软启动线路，以限制电源接退时和过渡模式下输入端的浪涌电流。

在电源接通之初，输出ABC电子电容直接由输入以斜升的电流充电电荷泵还没有工作，经过，如果所有的阴极电位没有到以上，则毗转入倍模式，的输出电流按的阶梯向预设值步进增大如果再经过，所有的阴极电位仍然没有在以上，则转入倍模式，的输出电流再一次按的阶梯向预设值步进增大。

不论何时，如果输出电压低于，则软启动程序都将复位到倍输出模式。

输出电流的设置利用串行接口，可以对主屏副屏和闪光灯皿的电流进行设置。

此串行接口有两条线和，用来控制主副屏删亮度闪光灯和的变化以及四最大电流随温度的降额情况，为串行数据线，为串行时钟线，采用标准的串行接口写字节命令。

只是一个从设备受控设备，依赖于主设备一般为微处艾博希电子理器来产生时钟信号。

主设备在总线上启动数据传送并产生时钟信号，先向传送位的地址字节，接着传送位的控制字节，控制字节包含位的命令编码和位的数据。

每次传送序列以”打头，而以”结束。

控制字节的格式如表。

输出电流为的开关电容型变换器是凌特公司产品，和的功能相似，能驱动个主屏个副屏和个删四，总输出电流为有个电流为的恒流源分别驱动每个最大的显示电流由内部的精确的基准电流源确定亮度调节有级利用两条串行接口线，位的数模转换器信号对每个电流源独立地控制其迈断调光和改变亮度水平输出电压按倍倍倍倍增电路自动切换工作模式，接通电源后开始按倍电压模式工作，只要有一个皿电流下降，电路自动转入增压模式。

基于开关电容的软开关高电压增益DC-DC变换器雷浩东;郝瑞祥;游小杰;项鹏飞【摘要】In this paper, a switched-capacitor based DC-DC converter topology with high voltage gain and soft-switching character is presented. The proposed topology can achieve high voltage gain without operating the switches at extreme duty cycle and has PWM voltage regulation ability similar to conventional Boost converter. Through resonant soft-switching technique, zero-voltage switching (ZVS) turn-on of all switches and zero-current switching (ZCS) turn-off of all diodes are achieved, which is useful to improve the efficiency and power density of the converter. The voltage stresses of switches and diodes are low, so low voltage level and low on-resistance devices can be adopted to reduce the conduction losses. The operation principle of the proposed topology was analyzed in detail, and the steady-state characteristics were analyzed, including voltage gain characteristics and soft-switching operating conditions. Finally, a prototype converter with 25-40V input and 400V/1kW output was established, and the experimental results verified the theoretical analysis.%提出一种基于开关电容的具有高电压增益和软开关特性的DC-DC变换器拓扑.该拓扑能够在非极端占空比条件下实现高电压增益,并具有类似于传统Boost变换器的PWM电压调节能力.通过谐振软开关技术,实现所有开关管的零电压开通和所有二极管的零电流关断,有利于提高变换器的效率和功率密度.变换器中开关管和二极管承受的电压应力低,允许选择低电压等级、低导通电阻的器件.详细分析变换器拓扑的基本工作原理,对变换器电压增益特性和软开关实现条件等稳态工作特性进行研究.最后,搭建一台输入25~40V、输出400V/1kW的实验样机,对理论分析进行实验验证.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)012【总页数】10页(P2821-2830)【关键词】开关电容;高电压增益;谐振电感;软开关;DC-DC变换器【作者】雷浩东;郝瑞祥;游小杰;项鹏飞【作者单位】北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言高电压增益 DC-DC变换器在光伏发电系统、燃料电池系统以及通信电源等许多工业应用场合发挥着关键作用[1-3]。

开关电容式电压变换器可以用电容来实现能量的转移和电压的转换。

常见的开关电容式电压变换器有两种，第一种是电压逆变器电路，第二种是倍压器电路。

这两种电路也常被成为电荷泵电路。

本项目中，我们会用LMC7660S来设计一个开关电容式电压变换器，然后将其焊接到面包板上测试其性能。

该电路十分渐变，只需两个外接电容就能正常工作。

开关电容式电压逆变器的工作原理是什么？以下是7600S的原理图。

该IC包含4个大开关（大部分是MOSFET）。

在输入开关波形的上半周期内，开关S1和S3是闭合的，所以会将泵电容充电至V+。

开关波形下半周期内，开关S2和S4闭合，而S1和S3断开。

因为S2将泵电容接地，输出电容Cr的产生-V+/2的电压。

几个开关周期后，输出电容端的电压会正好等于-V+。

这时输出电压恰好是输入电压的反向，而输出电流约等于输出电流。

所需元器件：LMC7660 x 110uF电容 x 110kΩ电阻 x 1直流电源输入(0-10V) x 1电路图LM7660S的应用1.假设需要用单片机测量真有效值电压时。

需要使用运放来增大输入交流信号，然后用双极型的电源来驱动运放。

这种情况下，LMC7660就很有用了。

将此IC与两个电容放入电路中后，你可以轻易生成输入电压的反向电压。

2.假设你需要放大一个从电容麦克风传来的信号，同样需要用双极型电源才能正常放大型号。

这时，使用7660页很有用。

3.该IC也可以用于电信产业，用于驱动OP07运放和模拟多路复用器CD4051，适合测量电池电压，输入交流电压和输入交流电流。

提示：1.该IC的最大输入电压为10V，大于10V的输入电压会损坏该IC。

2.如果输入电压小于等于3.5V时，该IC的6号引脚为LV（低电压）引脚，该引脚应该接地。

除此之外，该引脚应该处于悬空。

3.电容CP应该放在IC附近，不然可能出现闩锁效应。

4.为了提高电路的效率，应该使用ESR较低的电容。

5.需知负载电流的增加会降低电路效率，比如负载电流为40mA的话，效率约为75%。

开关电容变换器输出电压倍增的基本工作原理开关电容变换器的工作过程是：首先由电容储存能量，然后按受控方式向输出释放能量，以便在输出端获得所需要的电压。

电容能量的获得和释放是由开关阵列、振荡器、逻辑电路、比较器、控制电路等来实现的。

撇开具体电路个谈，用图所示原理图来说明输出电压是如何提高的，这里受控开关都包含在IC内部，它们的动作次序和ABC电子在某一状态停留的时间足由内部逻辑电路控制的，仅肯电容是外接的。

假定电路按两相工作，在第一相，受控开关s1、s2闭合，打开，此时输入电压对电容充电，其极性为左正右负p大小与输入电压相同。

输出则由原来储存电荷的电容Co对I皿放电，使之发光。

接着，在第二相，受控开关Sl，s2打开，s；，S‘闭合，输入电压与电容C1电压相叠加。

如果认为在开关闭合期间电容的电压变化很小，则在输出电容co上得到的电压将是输入电压的二倍。

将输出电压与输入电压之比称为倍增因子，则此电路的倍增因子等于2。

输出电压为负载LED提供电流，考虑到能量皆恒定律，输入电压为输出电压之半，输入端的平均电流应等于艾博希电子输出电流的二倍。

这种二倍压的情况和通常熟知的倍压整流电路将输入电压提升一倍的情况极为相似一股开关信号的占空比为50％时，电荷转移的效率最高。

开关电容变换器又称电荷泵型变换器(ChaGe pump)，它的特点是升压后电压剧U得多，只适宜于驱动若干个并联的L皿，无需使用电感，只需外接少量电容，具有成本低寸小、电磁干扰相对较轻等优点s缺点是效率较低，不及电感升压变换器，平均值一般不80％或更低；为减IC现货商少输出纹波，输出电流不能太大，使用上受到一定的限制；由于所驱动LED采用并联连接，驱动IC要用较多的引脚，受封装水平的限制，IC引脚数不可能太多所以能驱动的会超过13只，采用28脚四N封装，这己算是其中的佼佼考了。

cjmc%ddz。

实验一单端隔离型高频开关电源实验一、实验目的1.了解单端反激式开关电源的主电路结构、工作原理；2.掌握单端反激式变压器设计和绕制方法；3.学会开关电源调试的基本方法。

二、实验原理单端反激式隔离变换器电路拓扑单端反激式隔离变换器图所示。

当VT导通时，输入电压Ui便加到变压器T的初级绕组N1上，根据变压器T对应端的极性，次级绕组N2为下正上负，二极管VD截止，次级绕组N2中没有电流流过。

当VT截止时，N2绕组电压极性变为上正下负，二极管VD导通，此时，VT导通期间储存在变压器（电感）中的能量使通过二极管VD向负载释放。

本次实验输入为工频交流220V，经过工频隔离变压器将电压降到交流35V，再经过二极管整流和大电解电容滤波变成约48V的直流电压。

采用UC3842作为PWM控制芯片，驱动功率MOSFET，控制高频变压器的原边通电，副边采用±15V和+15V三路输出，其中+15V 输出作为反馈端，实现电压稳压输出。

单端隔离型高频开关电源电路框图技术指标：输入：交流 220V±15%输出：+15V/0.2A，±15V /0.3A（实验者可调整）MOSFET 开关频率：100kHz（实验者可调整）实验者可观测的数据和波形：交流输入电压波形、二极管整流后电压波形、电容滤波后电压波形、MOSFET 的漏源极电压波形、输出电压波形、UC3842 的锯齿波振荡器波形、UC3842 的输出驱动波形。

实验者可调整的参数：可改变反馈电压分压比进而改变输出电压数值；可改变 RCD 吸收电路参数观测 MOSFET 的漏源极电压波形变化情况；可改变功率 MOSFET 的驱动电阻数值参数观测 MOSFET 的漏源极电压波形变化情况；可改变 UC3842 的锯齿波振荡器电阻值，观测 UC3842 的输出驱动波形频率的变化情况。

三、实验电路原理1.PWM控制芯片UC3842简介UC3842是一种单端输出控制电路芯片，其内部结构框图如图所示。

DCDC开关变换器的建模分析与研究DC-DC开关变换器是一种将直流电能转换为可变电压或可变电流的电力转换设备。

它通过开关管的开关操作，将输入直流电源通过开关操作从电源中提取电能，经过滤波和调节后，输出所需的电压或电流。

DC-DC开关变换器的建模分析与研究主要包括以下几个方面：1.基本电路模型：DC-DC开关变换器一般由开关管、电感、电容和二极管等基本元件组成。

建立这些元件之间的电路连接关系，可以得到DC-DC开关变换器的基本电路模型。

2.状态空间分析：通过建立DC-DC开关变换器的状态空间方程，可以对系统的状态进行描述和分析。

状态空间分析可以帮助研究者深入了解系统的动态特性，比如系统的阻尼、振荡频率等。

状态空间分析还可以进行系统控制设计和参数优化等工作。

3.均衡分析：DC-DC开关变换器在不同工作状态下，系统的电压和电流会有不同的变化特性。

通过对系统的均衡分析，可以确定系统在不同工作状态下的电压、电流等数据。

这对于系统的稳定性分析、能量传输效率的研究以及开发可靠的控制方法等方面都有重要意义。

4.动态响应分析：DC-DC开关变换器在不同负载和输入条件下，系统的动态响应特性会有所不同。

通过对系统的动态响应进行分析，可以了解系统对负载变化和输入电压波动等的适应能力，为系统的控制方法设计提供依据。

5.控制策略研究：DC-DC开关变换器的控制策略研究是建模分析的重要内容。

不同的控制策略可以对系统的性能产生不同的影响。

常用的控制策略包括比例积分控制（PI控制）、模糊控制、模型预测控制（MPC）等。

通过对不同控制策略的比较和分析，可以选择适合特定应用场景的最佳控制策略。

总之，DC-DC开关变换器的建模分析与研究对于深入理解系统的电气特性、设计高效可靠的控制方法以及提高系统的性能都具有重要意义。

在建模分析与研究的过程中，需要考虑系统的基本电路结构、状态空间方程、均衡分析、动态响应特性和控制策略等多个方面的内容，通过综合分析和比较，可以得到对系统性能和工作特性有较好理解的研究成果。

基于时域分析的LLC同步整流控制研究LLC（电感电容）拓扑结构的变换器近年来得到了广泛的应用，特别是在电力电子领域中。

它的特点是高效率、高功率密度和高性能。

而LLC变换器中的同步整流控制对其性能具有重要影响。

本文将基于时域分析方法来研究LLC同步整流控制，从而进一步提高其性能。

一、LLC变换器的基本原理和特点LLC变换器是由电感（L），电容（C）和开关器件（Switch）组成的拓扑结构。

其基本原理是通过控制Switch开关，使得变压器中的磁能得以传输，同时实现电能的传输和转换。

LLC变换器具有以下特点：1. 高效率：由于变压器的等效电感和等效电容分别与输入和输出端的电压有关，因此LLC变换器在宽范围的输入电压和负载条件下，能够保持较高的效率。

2. 高功率密度：LLC变换器通过变压器实现软切换，并能在合适的条件下操作。

因此，其功率密度较高，可以在紧凑的空间中提供高功率输出。

3. 高性能：LLC变换器通过合理的控制策略和参数配置，能够实现快速响应和高精度的输出电压控制，从而满足特定的应用需求。

二、LLC同步整流技术的研究现状同步整流技术是指在LLC变换器中，通过合理的开关控制策略，使得输入电流与输入电压保持同步，以提高系统的整体效率。

目前，关于LLC同步整流技术的研究主要集中在以下几个方面：1. 调制策略研究：通过合理的PWM（脉宽调制）策略，控制开关器件的导通和关断时间，实现输入电流与输入电压的同步。

常见的调制策略包括固定频率调制、可变频率调制等。

2. 参数设计与优化：设计LLC同步整流控制系统的参数，如电感、电容、变压器的设计与选择，以及开关器件的选型等。

通过优化这些参数，可以提高LLC同步整流控制系统的性能。

3. 实时反馈与控制：通过传感器实时监测输入电压和输出电流，采集信号，并通过控制算法进行实时反馈和控制，以实现精确控制和保护。

三、基于时域分析的LLC同步整流控制研究时域分析是一种研究系统动态行为的常用方法。