Page 35 - 电力与能源2024年第三期

付腾腾，等：基于分数阶模型的 Dickson 型开关电容变换器时域特性分析 309

式来实现电压倍增。在传统的 Dickson 型电荷泵
中 ，每 个 级 联 的 电 容 通 过 开 关 管 进 行 充 电 和
［3］
放电 。
传统的 Dickson 型电荷泵存在效率低、输出电
压波动大等问题。为了解决这些问题，本文提出
了改进的 Dickson 型 SCCs，其拓扑如图 1 所示。

图 2 N（n）倍升压型 Dickson 型 SCCs 分数阶电路模型
关管 Q 1 和 Q 2 断开导通，而开关管 Q 3 和 Q 4 导通，电

荷从最后一个电容器 C N 经过 Q 4 流出，然后通过
Q 3 流出前一个电容器 C N−1，依次类推，直到电荷从
第一个电容器 C 1 流出。在这个过程中，每个电容
器都逐渐放空电荷，使其电压逐渐降低。通过不
图 1 Dickson 型 SCCs 拓扑
断重复充电和放电的过程，电荷在电容器之间传
在传统的 Dickson 型 SCCs 中，升压倍数为 2。
递，从而实现了输入电压到输出电压的变化。
在这种情况下，电路中有一个充电电容 C 1 和一个
输出电容 C o，以及两个开关管和两个二极管。当 对 于 偶 数 N（2n）倍 降 压 型 Dickson 型 SCCs
需要将电压从 U in 升高到 2U in 时，充电电容 C 1 首先 分数阶电路，其工作原理与升压型类似，只是充电
和放电的顺序相反。在充电阶段，电荷从输入电
被充电，然后通过开关管和二极管的切换，将电荷
传递给输出电容 C 2，从而实现电压倍增。当升压 源通过 Q 1 流入最后一个电容器 C N，然后通过 Q 2
倍数需要增加到 N 倍时，电路的拓扑结构需要相 流入前一个电容器 C N−1，依次类推，直到电荷流入

应地改变。根据规律，每递增一倍的升压倍数，电 第一个电容器 C 1。在放电阶段，电荷从第一个电
路中需要增加两个二极管和两个飞跨电容。因 容器 C 1 经过 Q 3 流出，然后通过 Q 4 流出前一个电容
此，当升压倍数为 N 时，电路中将有 N−1 个充电 器 C 2，依次类推，直到电荷从最后一个电容器 C N
电容和 N 个输出电容，以及 2（N−1）个开关管和 流出。通过不断重复充电和放电的过程，电荷在
2（N−1）个二极管。通过这种方式，将 Dickson 型 电容器之间传递，从而实现了输入电压到输出电
SCCs 的拓扑结构推广至 N 倍升压结构。这种 N 压的变化。
倍升压结构可实现更高的电压倍增效果，适用于 （1）模态Ⅰ：充电阶段

一些需要更大输出电压的应用场景。N（n）倍升 在模态Ⅰ中，充电阶段的目标是将输入电源
压 型 Dickson 型 SCCs 分 数 阶 电 路 模 型 如 图 2 U in 的能量存储到各个电容器中。开关管 Q s 导通
所示。 后，U in 的正电压通过 Q s 流入电路中的第一个电容
在 N（n）倍升压型 Dickson 型 SCCs 分数阶电 器 C 1。同时，通过电路中的相应开关管和二极管，
路中，假设 N 为偶数，则电路中有 N 个电容器和 N U in 的正电压也分别流入与 C 2 和 C 3 相连的电容器

个开关管。在充电阶段，开关管 Q 1 和 Q 2 导通，电 和与 C 4 和 C 5 相连的电容器，以此类推。每个充电
荷从输入电源经过 Q 1 流入电容器 C 1，然后通过 Q 2 单元都将 U in 的能量转移到与其相连的电容器中，
流入电容器 C 2，依次类推，直到电荷流入最后一个 实现能量的存储。
电容器 C N。在这个过程中，每个电容器都逐渐充 d v C( ) t
α
i(t) = C （1）
满电荷，使其电压逐渐增加 ［4-5］ 。在放电阶段，开 dt α