[發明專利]大功率高效率電荷泵電路

無效

• 申請號: 201010277736.5
• 申請日: 2010-09-10
• 公開（公告）號: CN102403893A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 王星光
• 申請（專利權）人: 王星光
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及電荷泵電路，將提供的直流電壓轉換為負電壓、正負雙電壓、多倍電壓。可進行數百瓦、千瓦以上的大功率轉換，單元轉換效率可達95％～99％。并可以將其應用到蓄電池組中為蓄電池組進行大功率動態能量均衡。

背景技術

傳統的大功率直流-直流(DC-DC)轉換電路，采用功率電感或變壓器作為能量轉換單元，存在轉換效率不高，電磁干擾嚴重等問題。而傳統電荷泵類則受電子開關和驅動方式的限制，無法實現大功率，主要應用于小功率，小電流電路。

發明內容

本單元電路由一個4路(及以上)隔離直流輸出5V～20V電路、一個雙路(及以上)PWM(脈寬調制)電路、4個(及以上)光電或磁隔離門極驅動芯片、8個(及以上)MOSFET(金屬氧化物半導體場效應管)或IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)組成的4個電子開關、1個(及以上)輸入緩沖電容、1個(及以上)轉換儲能電容、1個(及以上)輸出電容共同組成。

電路采用隔離直流輸出5V～20V電路和光電或磁隔離門極驅動芯片，解決電子開關所在的不同位置導致的電位不同所引發的難以控制問題。采用帶有死區時間(Death-Time)的PWM電路解決電子開關的控制順序，并保證不同相位的電子開關不同時導通。

通過將本單元電路串聯、并聯、及與輸入電壓不同連接方式，可實現負電壓電路，正負雙電壓，多倍壓電路，及蓄電池動態能量均衡。由于功率MOSFET有非常低的導通電阻，所以本電路的轉換效率非常高，額定功率下，可達95％～99％，比傳統電路有很大的優勢。

附圖說明

圖1為本發明的單元電路實施電路圖；

圖2為本發明的單元電路的脈寬信號相位及死區時間說明圖；

圖3為本發明的單元電路的簡化圖；

圖4為本發明的單元電路構成的負壓電路圖；

圖5為本發明的單元電路構成的倍壓電路圖；

圖6為本發明的單元電路串聯構成的多倍壓電路圖；

圖7為本發明的單元電路級聯構成的多倍壓電路圖；

圖8為本發明的單元電路構成蓄電池動態能量均衡器電路圖；

具體實施方式

如圖1所示，PIN+、PIN-接入直流電源B1，電容C1被充電；電路DC1產生4路隔離直流輸出(V1+，V1-…V4+，V4-)為OP1、OP2、OP3、OP4供電；當PWM1電路的CP1輸出高電平，信號經OP1、OP2隔離后控制N11、N12、N21、N22導通，電容C1向C2充電；當CP2輸出高電平，信號經OP3、OP4隔離后控制N31、N32、N41、N42導通，電容C2向C3充電；如圖2所示，由于CP1與CP2為互補并帶有死區時間的脈寬信號，N11、N12、N21、N22組成電子開關與N31、N32、N41、N42組成電子開關不會同時導通；最終POUT+、POUT-將輸出和PIN+、PIN-相同并隔離的直流電壓。

電路DC1為常規小功率隔離直流輸出電路，每路輸出5～20V電壓。電路PWM1為常規脈寬調制電路，產生互補并帶有死區時間的脈寬信號。

圖3所示為本單元電路的簡化圖，用以解釋后續應用電路。

如圖4所示，將POUT+和PIN-連接，此時POUT-將輸出相對于輸入電壓的負電壓，PIN+、POUT+、POUT-將構成正負電路，例如：PIN+輸入電壓為12V，則POUT-輸出為-12V，POUT+為公共地.PIN+為+12V。

如圖5所示，將POUT-和PIN+連接，此時POUT+將輸出輸入電壓的兩倍。例如：輸入電壓為12V，則POUT+將輸出24V。

如圖6所示，將多個單元U1…Un進行串聯，此時最終的輸出電壓＝輸入電壓×單元數。

如圖7所示，將多個單元U1…Un進行級聯，此時輸出的電壓＝輸入電壓×(單元數^2)。例如：輸入電壓為12V，單元數為4個，則輸出電壓為192V。

如圖8所示，將多個單元U1…Un輸入端并聯，輸出端與B1…Bn蓄電池組進行連接，由于MOSFET具有雙向導電性，電荷將從電壓比較高的蓄電池流向比較低的蓄電池組，以實現蓄電池組動態能量均衡。

本發明的單元電路的輸出功率和效率由所采用的電子開關器件的導通電阻和電容的ESR(串聯等效電阻)決定。實驗測試中，在額定功率下，單元轉換效率可達95％～99％。電路具有可串聯可并聯的優點，可獲得更高倍數的電壓或更大的功率。