基于电容器充电回路的LC等效电路的电压调节

秦国防

(济源职业技术学院 机电工程系，河南 济源 459000 )

由于开关电容器电路具有体积小、重量轻和功率密度高等优点，所以在小规模功率变换中得到了广泛的应用[1-5]，其输出电压可以采用多种方法进行调节[6-10].然而，传统的电压调节方法是基于电容器充电回路的RC等效电路，输出电压的调节主要依赖于电路中的等效电阻，其结果是效率低，而且存在一个理论最大效率值[11-12].例如，对于一个具有理想电压传输比N的升压开关电容器DC/DC变换器来说，其最大效率为Vout/(NVin).这个最大效率值在很大程度上限制了开关电容变换器在大功率电压变换中的应用，因为这种情况下需要高效率.

小功率和大功率开关电容变换器之间的一个重要区别是电容器充电回路的阻抗.RC等效电路仅在描述电阻器占主导地位的充电回路阻抗中是准确的，但对于大多数大功率变换器来说，在其充电回路中都有小电阻和大电感，所以一个LRC或LC等效电路更加准确.LC等效电路已经得到采用[13-15]，其中回路电感用于振荡，直流电容器用于实现软开关.

针对大功率开关电容变换器的电压调节，提出了采用LC等效电路的一种电压调节方法.在提出的方法中，调节正弦充电电流的角度，从而实现输出电压的调节；同时为了实现最小功率损耗并降低电磁干扰(Electro-Magnetic Interference,EMI)噪声，开关器件(MOSFETs)必须工作在第三象限.这样，当充电过程停止时，杂散电感的剩余电流就可以在电路中释放，杂散电感中的剩余……