开关电容变换器在DVR中的应用(3)
1.2 动态电压恢复器DVR国内外研究现状
1.3 开关电容变换器概述
1.3.1 开关电容变换器的概念及发展历程
开关电容变换器是一种新型、不含感性元件的电能变换器，它由电容以及开关元件等组成，功能为能量转换与电压变换。因为其组成没有电感元件，因此开关电容体积小、重量轻、易集成，符合开关电源小型化的要求。
开关电容变换器最早出现在70年代初，但受到当时科技水平的限制，没有受到足够的关注。在MOSFET成功研制后，开关电容变换器发展显著。目前市场上的产品可以实现非常多的功能。像浩通半导体公司的TON3088产品，其输入输出比为10V/200mV；GA公司的THX9800X产品，其输入电压在3V/8V之间，输出电压范围在0.5V-4V之间，输出电流可以达到500mA；另外，学术界今年来普遍关注利用开关电容来实现电压变换的DC-DC变换器，如在输入2V/5V的升压变换器中输出为160mA的电流，产品MIN686利用电荷泵LOL构成DC-DC变换器等。
1.3.2开关电容变换器的特点
开关 DC-DC 变换器工作在运行状态时，利用电容元件的储能功能，从输入端汲取能量，能量以暂态的形式集成在电感器件中，最后将能量施加至负载上，从而实现电压变换。
开关 DC-DC 变换器的优点是：
（1）高效率、低功耗。由于功率晶体管频率高达几百千赫兹，因此其转换效率较高。而晶体管损耗小，电源的效率可以提高至 75％以上。
（2）小型轻量。由于不含有隔离变压器，又不存在笨重的散热器件，因此开关稳压电源具有小型化、轻量化的优点。
（3）输出范围较广。输出电压是由电路的占空比来控制的，改变频率或调节脉冲宽度也可以适当调节输出值。当供电网电压非常大或负载大范围变化时，输出电压仍然非常稳定，因此这种方式输出范围较广并且稳定性高。
（4）滤波效果显著，并使滤波装置体积减小。开关电源的频率比线性电源高500倍以上一般情况为50KHz ，因此能大幅度的减少滤波装置的占地量及其重量。
其缺点是：
（1）开关扰动较大。功率晶体管动作时，产生的电流会对电路中的其他元器件造成干扰，严重时将导致电力系统的正常运行；如果这些干扰信号窜入电网，将会严重影响沿线的其它电子类设备。
（2）电路结构比较复杂，故障率相对较高并且文修不便。
1.4 本论文的主要工作
由于多数的传统DVR包含诸如电池甚至隔离变压器这样笨重消耗大的原件，通常这样的DVR又笨重又昂贵。随着可再生技术的发展，对轻量型、更廉价的DVR设备的需求与日俱增。本文旨在基于开关电容理念的基础上提出一个无需变压器和电池的DVR设备，从而该设备可以被用于未来的智能电网。因此本文以动态电压恢复器为研究平台，在了解其工作原理的基础上，对其主电路拓扑、电压跌落的检测方式及补偿作了较深入的理论分析。而开关电容变换器作为近年研究热点，将它用于DVR的整流单元与逆变单元之间，通过MATLAB/SIMULINK软件进行建模与仿真，从而对比得出开关电容应用于DVR中的优缺点。
第一章介绍了电能质量问题，重点说明了电压跌落的原因和危害，明确了本文研究的实际意义。另外简明地介绍了开关电容变换器与动态电压恢复器，明确了本文的研究对象。
第二章介绍了动态电压恢复器的主电路拓扑与工作原理，对其补偿策略也简要介绍。
第三章阐述了主电路结构的设计思路以及各模块的选择与具体原理。