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开关电容变换器的研究

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全软开关SEPIC变换器损耗分析

全软开关SEPIC变换器损耗分析

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DCDC开关变换器研究综述

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。

高效率谐振型开关电容变换器

高效率谐振型开关电容变换器
维普资讯
第 １ 第 ３期 ０卷 ２０ ０ ７年 ３月
电 涤 艘 石 阙
Ｐ Ｗ ＥＲ Ｓ Ｐ Ｙ Ｅ Ｏ ＵＰ Ｌ Ｔ ＣＨＮＯＬ ＯＧＩ ＥＳ ＡＮＤ ＡＰ Ｌ Ｃ Ｉ Ｐ Ｉ ＡＴ ＯＮＳ
Ｖｏ ．０ Ｎｏ３ Ｉ ． １ Ｍａ ｃ ０ ７ ｒｈ ２ ｏ
理和设 计 方 法 ， 实验 结果验 证 了此 类 变换 器的 高效性 。 关键词 ： 开关 电容 ； 振 变换 器 ；零 电流 开关 谐
Ｈｉ ｈ Ｅｆ ｃ ｅ ｃ ｓ ｎ ｎ ｗｉ ｈ ｄ Ｃａ ａ ｉｏ ｎ ｅ ｔ ｒ ｇ ｆ ｉｎ ｙ Ｒｅ ｏ ａ ｔＳ ｔ ｅ ｐ ｃｔ ｒ Ｃｏ ｖ ｒ ｅ ｉ ｃ
ｐ ｏ ｌｍ， ｒ ｓ ｎ ｎ ｗ ｔｈ ｄ ｃ ｐ ｃｔｒ ｃ ｎ ｅ ｅ ｏ ｏ ｏ ｙ ｉ ｐ ｏ ｏ ｅ ，ｔｅ ｔｅ ｒ ｔ ａ ｎ ｌ ｓ ｎ ｅ ｉｎ ｍｅ ｈ ｄ ａ ｅ ｒ ｂ ｅ ａ ｅ ｏ ａ ｔ ｓ ｉ ｅ ａ ａ ｉ ｏ ｖ ｎ ｒ ｔｐ ｌ ｇ ｓ ｒ ｐ ｓ ｄ ｈ ｈ ｏｅ ｉ ｌ ａ ａｙ ｉ ａ ｄ ｄ ｓｇ ｔ ｏ ｒ ｃ ｏ ｃ ｓ ｄ ｓ ｒ ｅ ｎ ｄ ｔｉ Ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ｍｅ ｙ ｅ ｐ ｒ ｎ ｓ ｅ ｃ ｂ ｄ ｉ ｅａｌ ｈ ｙ ａ ｃ ｎ ｒ ｄ ｂ ｘ ｅ ｍｅ ｔ， ｉ ， ｅ ｉ ｉ Ｋｅ ｗｏ ￣ ：ｓ ｔｈ ｄ ｃ ｐ ｃｔｒ ｅｓ ｎ ｎ ｏ ｖ ｎ ｒ ｚ ｒ — ｕ ｒ ｎ ｗ ｔｈ ｎ ｙ ｒ ｗｉ ｅ ａ ａ ｉ ；ｒ ｏ ａ ｔ ｎ ｅ ｅ ； ｅ ｏ ｃ ｒｅ ｔ ｉ ｉ ｇ ｃ ｏ ｃ ｓ ｃ
传 统 的开 关 电 容 变 换 器 存 在 一 个 固 有 的缺 点 ：在 电容 周期性 的充放 电过 程 中会 产生 很 大 的 尖 峰 电流［ 这将 导致 变换 器 的效率 随着输 出电流 ２ １ 。 的增 加而急 剧下 降 。 因此 ， 传统 的 开关 电容变换 器 图１所示 为 传统 的三倍 压 开关 电容 变换 器 电

高效率谐振型开关电容变换器

高效率谐振型开关电容变换器

‘
ｌ ｉｈ Ｅｆ ｃｅ ｃ ｓ ｎ ｎ ｗｉｃ ｅ ｐ ｃｔ ｒＣｏ ｖ ｒｅ ｌｇ ｆ ｉｎ ｙ Ｒｅ ｏ ａ ｔＳ ｔｈ ｄ Ｃａ ａ ｉｏ ｎ ｅ ｔｒ ｉ
ＭＥ ｕ ＩＣｈ ｎ．ＸＩ ＯＮＧ ｉ Ｒｕ
（ ａｈｎ ｎｖｒｉ ｃ ｃ ｎ ｅｈｏｏｙ Ｈｕｚ ｏｇＵ ｉ ｓｙｏ ＯｎｅａｄＴ ｃｎｌ ，Ｗｕ ａ ３ ０ ４ ｈｎ ） ｅ ｔ ｆＳ ｇ ｈ ４ ０ ７ ，Ｃ ｉａ ｎ
维普资讯
第４ １卷 第 ４期
２０ ０ ７年 ４月
电力 电子技 术
Ｐ ｗ ｒＥｌｃ ｒｎ ｃ ｏ ｅ ｅ ｔｏ ｉｓ
Ｖ０ ． ． ． １ ４１ Ｎｏ４ Ａｐ ｌ ２ ０ ｉ ｒ ，０ ７
高效率谐振型开关电容变换器
梅 纯 ，熊 蕊
４０７ ） ３ ０４ （ 中科技大学 ， 华 湖北 武汉
２ 谐振型 Ｓ Ｃ拓 扑 Ｃ
图 １示 出三 倍 压 谐振 型 开 关 电容 变 换器 电路 。 可 见 。该谐 振型变 换器 只是 在传 统型变 换 器 的基础 上增 加一 个 小的谐 振 电感 厶。在上 述谐 振 型变 换器 中 ， 电容 在 充放 电过 程 中将 与 产 生 串联谐 振 ， 因
图 １ 三倍压谐振型开关 电容变换器主 电路
传 统 型 变换 器
二
型器 Байду номын сангаас 换
∥
｝
传统的 Ｓ Ｃ相 比。 Ｃ 该变换器的充放电电容工作在谐 振 状 态 。并 且 所 有 的 开 关 管 都 可 实 现 零 电流 开 关
（ Ｃ ）】因此 ， ｚ Ｓ【 ３ 。 谐振 型 Ｓ Ｃ不存 在 电流 尖 峰 问题 ， Ｃ 可 以用 于输 出 电流较 大的场 合 。其变 换器 效率 也 大大 提高 ， 一般 在 ９ ％左 右 。 ０

开关电容DC／DC变换器的控制原理及拓扑结构

开关电容DC／DC变换器的控制原理及拓扑结构
（ １ ： Ｕ蜊 ｔ） ： Ｕ蜊 Ｒ １ ２ ｃ ＿
．
（） ３
ｓ ２断 开 后 ， 等 效 电 路 变 为 图 １ ｃ ． 其 （ ） Ｃ１分 得 剩 余 电 荷 为 口 １＝ ｃ１ （ １， ￡） Ｃ２分 得 剩 余 电 荷 为 口 ： ２ Ｃ２ （ １ ． 路 方 程 变 为 ｔ） 电
维普资讯
第 ２期
赵 春 华 开 关 电容 ＤＣ Ｄｃ变 换 器 的控 制 原 理 及 拓 扑 结 构 ／
１ ７
＝
Ｄ， ｔ ，
＝ — — — ＿■ 一 ＿
． ．
（ ２）
令 ｔ ２一 ｔ １＝ Ｔ， １一 ｔ ｔ ０＝ Ｄ ． ｔ 到 １时刻 ， 电容 电压 下 降为
，
：
ｃ１ 蜊ｅｃ 到 ｕ２ Ｒ ； ２ １ ２
＝
．
如 图 ２所示 ， 而 可 求 出 进
Ｃ １Ｕ ｆ 。
ｌ
Ｃ１ Ｃ ［ ＋ ２ １一ｅ （ —Ｃ Ｔｃ ｃ’ ：］
＋
Ｄ
（） ６
在 ０时 刻 ， 容 上 的 总 电场 能 为 Ｗｃ ＝ ｕ２ ； 电 ｌ 到
￡ １时刻 ， 的 剩 余 电场 能 为 Ｗ Ｃ１
干 扰 小 的 新 型 电 力 变换 装 置 ． 分 析 了典 型 的 开 关 电 容 ＤＣ ＤＣ 变 换 器 的 控 现 ／
制 原 理 ， 绍 了典 型 的 ＤＣ ＤＣ 变 换 器 的 拓 扑 结 构 ， 分 析 了开 关 电 容 ＤＣ 介 ／ 并 ／ ＤＣ 变 换 器 的 稳 压 原 理 和 控 制 方 法 ．
维普资讯
第 １ ８卷 第 ２期
Ｖｏ ． １ １８， ｏ． Ｎ ２
滨州师专学报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｎ ｈ ｕ Ｔｅ ｃ ｅｓＣｏｌｇ ｏ ｒ ａ ｆＢｉｚ ｏ ａ ｈ ｒ ｌ ｅ ｅ

开关电容变换器的研究

开关电容变换器的研究

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

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

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。

开关变换器调制与控制技术综述_周国华


0 引言
从 20 世纪 60 年代开始，开关变换器的控制技 术经历了 50 多年，取得了大量的研究成果，对电 力电子技术的发展做出了重要贡献。采用的不同控 制技术会使开关变换器具有不同的性能。文献[1-2] 对开关变换器的控制技术进行了分类。 按照占空比的实现方式，开关变换器的控制技 术可以分为恒频控制和变频控制[1]。恒频控制即开 关周期恒定不变，通过调整一个开关周期内功率器 件的导通时间(脉冲宽度)来调节输出电压，即通常 所说的脉宽调制(pulse width modulation，PWM)技 术；变频控制即保持开关管导通时间或者关断时间 不变，或者开关管导通时间和关断时间均改变，即 通过改变开关频率来调节输出电压，常称为脉冲频 率调制(pulse frequency modulation， PFM)技术。 PFM 有恒定导通时间(constant on time，COT)、恒定关断 时间(constant off time， CFT； 或 fixed off time， FOT) 和滞环 3 种方式。与 PWM 调制相比，PFM 调制的 瞬态性能好、轻载效率高，但是稳压精度差。 按照控制环路中的反馈信号，开关变换器的控 制技术可以分为单环控制、 双环控制和三环控制[1]。 单环控制主要指电压型控制[3]，双环控制则有峰值 电流控制[3-5]、平均电流控制[6]、谷值电流控制[7]和 V2 控制[8-9]等，三环控制主要有 V2C 控制[10-11]。
谷值电流控制具有快速的输入瞬态性能但负载瞬态性能依然没有得到提高控制具有快速的负载瞬态响应速度但内环检测信号的斜坡信号小因此抗干扰能力差且不对电流进行控制需要额外的电路来实现过流保护89控制结合了峰值电流控制和控制的优点具有快速的输入负载瞬态响应速度且具有限流功1011

开关电容功率变换电路的等效幅射电阻

１ １
厶 厶
（） ４
ｃ增加的能量是 ： ： Ｗ： 一告 ；一专 ｃ ｃ ； 一专（ ＋ ） Ｑ 。 △
１ １
（） ５
（） ６
ｒ 吸收的能量是 ：
４６ ５
内蒙古 大学学 报 （ 自然 科学 版）
电容 相 对 于 一 个 小 电容 ， 一 个 开 关 周 期 内 ， 大 电容 就 可 以认 为 是 一 个 电 压 源 ， 然 纯 粹 的 电 压 源 在 较 当 也 属 于 此 例 ． 种 结 构 可 以有 两 种 ， 图 ２所 示 ． 种 是 电源 给 电容 充 电 的 情 况 ， 一 种 是 电 容 放 电 ， 这 如 一 另
摘要 ： 开关电容功率电路高频工作时的辐射换耗可 以等效为一个集总电阻， 这样可以便于电
路分 析 ， 别 有 利于 电路的 计算 机仿 真分 析 ． 特
关键词 ： 辐射 ； 等效电阻 ； 仿真 中图 分 类 号 ： Ｍ１ Ｔ 文献 标识码 ： Ａ
引 言
开 关 电容 （ ｗｉ ｈ ｄＣａａｉｏ ， 记 为 Ｓ 电路 除 了作 为 信 号 处 理 电路 外 ， 可 以构 成 开 关 电 容 Ｓ ｔ ｅ— ｐｃ ｒ简 ｃ ｔ Ｃ） 还
量 的 输 送 过 程 中也 有 一 部 分 能 量 将 损 耗 掉 ， 文将 研 究 这 部 分 损 耗 能 量 的表 现 形 式 以 及 等 效 电 阻 表 本
达方 法．
１ 两 种基 本 Ｓ Ｃ功 率 传 送 结 构
图 １是 一 个 经 简 化 后 的 Ｄ Ｄ 变 换 器 ， 过 开关 组 Ｓ Ｃ— Ｃ 通 Ｗ 和 Ｓ Ｗ 的 交 替导 通 ／ 断 切 换 ， 量 从 关 能 ｕ 端 流 向 ｕ 端 ． 可 以是 一 个 独 立 的 电源 ， 可 以 是 一 个 并 有 大 电 容 的 负 载 ． ｒ 分 别 是 充 ／ 电 ｕ： 也 ｒ 、 放 回路的 内阻． 参考 文献 ［３２． 见 １ （ ］
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▪ 可以保证输入电流连续，这样就能够有效 抑制输入电流畸变和降低电磁干扰。
▪ 可以改善占空比调节的性能。
拟解决的关键问题之一
▪ PWM控制技术广泛的应用于电力电子变换器中，自然， 在开关电容变换器中最先引入的就是PWM控制方法，并 且取得了一定的成功。虽然开关电容变换器的输入直流脉 动和输出电压纹波的问题在PWM控制中得到一定的解决， 可是由于PWM控制中电容的充电电流是指数型的，很快 就接近零，因此能够调节的有效时间都比较短，而且当开 关频率比较高时，占空比调节很难精确实现，这样实际上 限制了它的调节范围，并且开关承受的电流应力较大；另 外，PWM控制方法是以输出电压或者开关管的电流作为 反馈信号来调节占空比，然而占空比信号的变化不能即时 跟随输入电压或负载的变化，因而PWM控制方法的动态 调节响应较慢。总的来说，PWM控制得到的特性还不够 理想。
▪ 谐振型开关电容变换器可以使开关管零电流开关， 开关损耗大大减少，并且可以很好的抑止电流的 脉动问题。其缺点是输出电压的大小基本由主电 路的拓扑决定，不易调节。因此，它适用于对电 路效率要求高，对输出电压要求不太高的场合。
▪ 由于前面分析的两种不同类型的电路具有 互补性的优缺点，因此，进一步的工作， 可以结合两者的优点，研究出性能更好的 开关电容变换器。
谢谢！！
开关电容变换器的研究现状
▪ 自从开关电容变换器的概念被提出以来，开关电 容DC-DC变换技术己经取得了很大的进展，各种 拓扑结构层出不穷。
▪ 最近几年开关电容DC/DC变换器的研究又出现了 许多新的亮点，出现了调节特性得到改进的变换 器，在充电阶段出现了电容和开关新的组合形式， 以及得到双向能量流动变换器(其能量流动的一个 方向是升压，一个方向是降压)和输入电流连续的 开关电容变换器，将小电感引入开关电容DC/DC 变换器，从而使得软开关技术得以应用到开关电 容变换器更是一种全新的尝试。
本课题研究的意义
采用开关电容网络实现DC-DC变换有很多显而易 见的优点: ▪ 能够进一步地缩小电源的体积，由于没有笨重的 磁性元件，很易于在芯片中实现集成。
▪ 由于不含有磁性元件，因而能够大大降低电磁干 扰问题。
▪ 重量轻，尺寸小，因而功率密度高。 因此基于这种变换技术的开关电源非常适用于一 些小型化设备，随着用电设备的小型化，开关电 容DC-DC变换器将具有广阔的应用前景。
▪ 由于电感和电容串联谐振，从而抑止了电 容充放电电流的脉动问题，因此该电路的 EMI问题大大减少，可适用于大功率场合。
总结与展望
▪ 硬开关型开关电容变换器采用准电流控制技术和 电压跟随控制技术结合的方法可以减少输入电流 和输出电压的脉动，而且输出电压的大小可以在 比较大的范围内调节。其缺点是开关损耗大，电 路效率不高。因此，它适用于对输出电压要求高， 对效率要求不太高的场合。
开关电容变换器的展望
▪ 总体而言，DC/DC开关电容变换器拓扑还 不成熟，大部分变换器工作特性对拓扑有 一定的依赖性，因而在原理上发展DC/DC 开关电容变换器将是今后值得探索的一个 方向。此外，DC/DC开关电容变换器的控 制技术也有待发展，以取得更加理想的电 路特性。
本课题研究的主要内容和技术方案
本课题准备研究一个开关电容DC/DC升压 变换器，其技术指标如下： ▪ 输入电压范围:17V-19V ▪ 额定输出电压:Vo＝48V ▪ 额定输出电流:Io＝1A ▪ 额定输出功率:48W ▪ 输出电压纹波:小于2%
主电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ图设计
主电路图的优点
▪ 可以提高开关电容变换器的功率。对于开 关电容变换器， 功率传输能力主要体现在 传输电量的能力，很显然，采用这种对称 结构可以提高开关电容变换器的电量传输 能力
▪ 基于上述原因，对于本次研究打算采用一 种新的控制策略，即准开关控制技术结合 电压跟随控制技术。
准开关控制技术
▪ 可以看出，自然充电波形为零电流关断， 但它是不可调的；PWM控制的电流波形是 脉动的会造成一定的EMI问题，而且开关 应力比较大；准开关控制的电流波形最好， 没有脉动，开关应力相应也小一些。
▪ 结论：将准开关控制技术和电压跟随控制 技术结合使用，可以同时对开关电容变换 器的输入电流波形的脉动和输出电压波形 的脉动进行很好的控制。
拟解决的关键问题之二
▪ 前面所讨论的控制方法均属于能耗控制，电路的 效率并不高。由于电路的损耗与开关管的导通电 阻、二极管的正向导通压降、各电容的等效串联 阻抗等有关，因此，为了减小损耗，提高电路的 效率，我们可以将软开关技术引入开关电容变换 器，来减小开关管的损耗。
▪ 开关电容变换器软开关技术的基本思想是：在主 电路中引入小电感（为了便于集成），使之与电 容串联谐振。由于电感电流不能突变，因此，可 以实现开关管的零电流开关。
谐振型开关电容变换器主电图
▪ 可以看出：将小电感引入开关电容变换器， 可以实现开关管的零电流开关，从而大大 减小开关管的损耗，提高电路的变换效率， 因而这种电路更适合高频工作。
▪ 和PWM方式比较，准开关控制的输入电流为充电放 电电流之和，脉动不大，因此没有大的EMI问题；虽 然也是硬开关，开关应力不算大。总的看来，它和 PWM控制仅在充电阶段的电流波形有所不同，由电 容能量损失的公式：
Eloss 1 C[(Vs VCi)2 (Vs VCf )2 ] 2
▪ 可以看出，由于电容能量损失只取决于初始和最终的 电压，和开关的控制策略无关，因此其转换效率和传 统PWM方式是一样的。总的看来，准开关控制对开 关电容变换器中的三个问题都做了比较好的解决，明 显优于PWM控制。
▪ 通过前面的分析可知，采用准开关控制技 术能够很好的控制输入端电流波形的脉动， 可是该方法对于变换器输出直流电压波形 的脉动问题无能为力。若采用增大输出电 容来减小输出电压的纹波，势必违背了开 关电容变换器的初衷。这里我们可以采用 电压跟随控制技术来达到这个目的。
电压跟随控制技术
电压跟随控制的思想很简单，以右 图的电路为例，若ul为额定的稳压 输出,ue为设定的输出电压最大偏移 量，其控制原理是：当输出电压uo 低于允许下限(ul—ue)时，进入状 态一：us串联c1对c0和R充电，uo逐 渐上升。当uo高于允许上限(ul+ue) 时，进入状态二：us对c1充电，c0 维持R上的输出电压，从而uo逐渐 下降，当输出电压uo低于允许下限 (uL—ue)时，又进入状态一，这样 输出电压就被控制在设计范围之内。 即ul—ue≤uo≤ul+ue。该控制技术的 优点是：输出电压变比可以很大， 输出纹波理论上可以精确控制，对 电路的件参数不敏感。
开关电容变换器的研究
指导老师： 学生：
课题的提出
▪ 随着半导体和微电子技术的高速发展，集成度高、功能强 的大规模集成电路的不断出现，使得电子设备的体积和重 量不断下降，这就要求有效率更高、体积更小、重量更轻 的开关稳压电源，使之能满足电子设备的日益微小型化的 需要。
▪ 影响开关电源体积和重量的关键是因为传统的开关电源中 含有笨重的电感和变压器等磁性元件，于是近年来人们提 出了一种新的思路:就是去掉笨重的电感和变压器等磁性 元件，仅由电容器和开关管来实现电压变换，基于这种理 念的开关变换器称为“开关电容变换器”。由于不含电感 和变压器，因此可以大大缩小开关电源的体积和重量，并 易于在芯片中实现集成。