CN114244101B - 一种开关电容谐振式直流转换器 - Google Patents

Abstract

一种开关电容谐振式直流转换器，包括开关管、串联式负载电容和多个谐振腔回路的组合；每个串联式负载电容即开关电容器用作单独的分压器和能量存储；每个谐振回路包括至少一个谐振电感器和至少一个谐振电容器；控制逻辑指生成两组或多组控制信号输入的控制逻辑，这些控制逻辑的控制信号输入应用于开关的输入，从而对于每组控制信号形成一个或多个子电路回路，并且其中一个或多个子电路回路，用于某一组控制信号的一个或多个子电路回路，每个子电路回路包括一个或多个谐振回路，以及至少一个子电路回路包括一个非谐振电容器；存储在每个单独开关电容器中的能量通过控制逻辑通过谐振回路传输到另一个相邻的开关电容器。

Description

一种开关电容谐振式直流转换器

技术领域

本发明涉及一种电源变换装置，尤其是直流-直流电压变换器。

背景技术

在数据中心和电动汽车中，越来越需要从 DC48 V到负载点 (PoL) 应用的更高效的适应电压可变换的电源转换。

现有技术中一个典型的开关电容式转换器包括四个大型 MOS 开关，其开关顺序为典型的开关、加倍或减半输入电源电压。能量的传递与存贮由外部电容器提供。输入电压作用于一个电容器（C1）。在开关周期的第二部分，电荷从 C1 传送到第二个电容器 C2 上。最传统的开关电容式转换器的构造是一个反用换流器，其中 C2 具有一个接地正端，其负端传递负输出电压。经过几个周期之后，通过 C2 的电压将被施加到输入电压。假设 C2 上没有负载、开关上没有损耗并且在电容器中没有连续的电阻，则输出电压将正好是输入电压的负数。在现实中，电荷传送的效率（以及由此导致的输出电压的精确性）取决于开关频率、开关的电阻、电容器的值和连续电阻。一种类似的拓扑结构倍压器使用相同的开关和电容器组，但更改了接地连接和输入电压。其它更复杂的变种产品使用附加开关和电容器实现输入电压与输出电压的其它变换比率，并且在一些情况下，使用专门的开关次序来产生分数关系（例如 3/2）。在各种最简单的形式中，开关电容式转换器是不具备稳压功能的。

电容变换器属于DC/DC转换电路，原理:电荷泵是通过外部一个快速充电电容（Flying Capacitor）,电荷泵则在1X模式下运行,包括周边电路少占PCB板面积小,因为电流从源极流到漏极,倍压模式产生方式：MOSFET工作于高频开关模式,指利用电容,进行升压（或者降压）转换.5倍的输出电压.当电路的输入电压较低时,DC/电荷泵消除了电感器和变压器所带有的磁场和电磁干扰. 电感式DC/放电。一个典型的开关电容式转换器包括四个大型MOS开关，其开关顺序为典型的开关、加倍或减半输入电源电压。能量的传递与存贮由外部电容器提供。在开关周期的第一部分，输入电压作用于一个电容器。在开关周期的第二部分，电荷从C1传送到第二个电容器C2上。最传统的开关电容式转换器的构造是一个反用换流器，其中C2具有一个接地正端，其负端传递负输出电压。经过几个周期之后，通过C2的电压将被施加到输入电压。假设C2上没有负载、开关上没有损耗并且在电容器中没有连续的电阻，则输出电压将正好是输入电压的负数。在现实中，电荷传送的效率（以及由此导致的输出电压的精确性）取决于开关频率、开关的电阻、电容器的值和连续电阻。倍压器使用相同的开关和电容器组，但更改了接地连接和输入电压。在各种最简单的形式中，开关电容式转换器是不具备稳压功能的。一些新的半导体开关电容式转换器具有自动调节的增益级别以产生经过稳压的输出；其它开关电容式转换器使用一个内置的低压降线性稳压器产生未经过稳压的输出。

半桥三电平LLC谐振双向直流变换器的结构拓扑：半桥三电平LLC谐振直流变换器是将一种直流电变换成另外一种直流电的方法，随着对直流变换器的技术研究，直流变换器逐渐向软开关、多电平、高频化、高功率密度发展。半桥三电平LLC谐振直流变换器的电路与现有技术电路完全不一样 同时现有电路不能自启动，这是他们电路决定的；从电路来看也完全不一样。

CN2017103883838提供一种负电源转正电源转换电路及正电源转负电源转换电路，用以克服现有正负电源转换电路转换速度慢、效率低的缺点；包括输入控制端、第一单元转换模块、第二单元转换模块、输出储能电容及供电电源，第一单元转换模块与第二单元转换模块并联后连接于输入控制端与输出储能电容之间，第二单元转换模块由第一单元转换模块串联一个反相器构成，所述反相器连接于输入控制端与第一单元转换模块之间。采用两个单元转换模块并联构成，能够实现在控制信号整个周期内交替对输出储能电容充电，即高效地实现电源正负极性转换；大大提高转换速度和效率。但不能实现过零电流或过零电压软开关。

现有技术中，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，使其由小到大变化，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：能控制最大效率，方形波控制。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0以上，则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阶梯向预设值步进增大。

不论何时，如果输出电压低于某个值，则软启动程序都将复位到倍输出模式。输出电压按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，只要有一个负载的电流下降，电路自动转入增压模式。

发明内容

本发明的目的是，提出一种开关电容谐振式直流-直流转换器，使用谐振腔的结构；可以实现过零电流或过零电压软开关，减小***中的电力电子开关器件的开关损耗。

本发明的技术方案是，一种开关电容谐振式直流转换器（SCTC），包括开关管、串联式负载电容和多个谐振腔（回路）的组合。每个串联式负载电容即开关电容器用作单独的分压器和能量存储；

每个谐振回路包括至少一个谐振电感器和至少一个谐振电容器；谐振腔（回路）即开关电容谐振电路或谐振腔转换器回路，还包括控制逻辑和一个或多个非谐振电容器；控制逻辑指生成两组或多组控制信号输入的控制逻辑，这些控制逻辑的控制信号输入应用于开关（管）的输入，从而对于每组控制信号形成一个或多个子电路回路，并且其中一个或多个子电路回路，用于某一组控制信号（不同于第二组控制信号）的一个或多个子电路回路，每个子电路回路包括一个或多个谐振回路，以及至少一个子电路回路包括一个非谐振电容器。

开关电容器具有前节点和后节点，并且其中每个开关电容器至少具有连接到电路节点的前节点和后节点，该电路前后节点均由二成对开关的输出端连接形成，每对开关的中性端分别连接谐振腔并接到相邻一对开关的中性端。

然后，存储在每个单独开关电容器中的能量通过智能控制逻辑通过谐振回路传输到另一个开关电容器。每个谐振腔包括至少一个谐振电感和一个谐振电容，具有各自的前后节点，分别连接电路中的各个电路节点；即每个谐振回路都连接到两个电路节点，即分别连接于两对推挽式开关管的输出端；开关管由控制逻辑驱动，该控制逻辑生成应用于开关管输入的两组或更多组控制信号输入；对于每组控制信号，形成一个或多个子电路回路；此外，控制逻辑生成每组控制信号以在每个开关中实现零电流到导通的切换。

多对开关的组合，以及接收控制信号的开关端子，该开关端子将开关调整为导通状态（在前一对开关端子和后一对开关端子之间建立传导路径）或关断状态（其中传导路径终止于前端子和后端子之间）前端子和后端子，并且每个前端子和每个后端子连接到电路中的相应电路节点。控制逻辑是通过产生两组或多组控制信号输入来实现的，这些控制信号输入施加到开关的接收端，从而对于每组控制信号：形成一个或多个子电路回路，其中一个或多个子电路用于前组控制信号的电路回路不同于用于后组控制信号的一个或多个子电路回路。

在开关电容谐振式直流转换器主电路中，电路中有四个开关电容器C1、C2、C3和C4；多个开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12分别具有前后端子和控制输入端；控制输入接收控制信号，该信号将开关置于“关”状态，即在前端子和后端子之间终止传导路径，或“导通”状态，即在前端子和后端子之间建立传导路径。

本发明提出了一种使用开关多电压电容器和相关谐振腔的新方法，非常适合具有非常高效率和紧凑解决方案的 PoL 应用。所提出的混合开关电容器谐振式转换器（变换器），可以被视为与双向谐振式转换器合并的4比1多电压开关电容式转换器。

有益效果：本发明提出一种开关电容谐振式直流-直流转换器，使用谐振腔的结构；可以实现过零电流或过零电压软开关，减小***中的电力电子开关器件的开关损耗。本发明总体上涉及电源和电源转换器，更具体地，涉及特别适用于分布式电源***和通用负载点(POL)应用的电源转换器。通常，该解决方案中描述的主题的创新方面体现在包括开关电容器和多个开关谐振腔的组合的设备中。当设备处于初始运行模式时，输入能量被等效分配并存储到多个开关电容器中，这些开关电容器用作单独的分压器。可以实施本发明中描述的主题的特定实施例以实现以下优点中的一个或多个。

开关电容器和开关谐振腔路转换器 (SCTC) 中的每个单独的能量转换子电路回路都有一个感性阻抗，并且由于感性阻抗的 di/dt 限制，飞跨电容器在正常操作期间被软充电和放电。这克服了传统 SCC（开关电容转换器）的固有弱点：其中会产生大的浪涌电流，瞬间导致电荷重新分配损耗，并导致高开关损耗和高 RMS 电流损耗。当 SCTC 拓扑的开关在关断状态期间钳位其漏源电压 (Vds) 时，谐振电感器和开关结电容器之间的寄生振铃将被消除，从而降低每个开关上的应力。此外，受益于谐振腔的谐振操作，可以以实现零电流开关的方式控制 SCTC 的开关，从而导致非常低或可忽略不计的开关损耗和非常高的效率，相对于没有ZCS。所提出的电路涉及几个组件，这些组件实现了更便宜和紧凑的解决方案，并提供了简单性、模块化和可扩展性。本发明提供高功率密度，采用的磁性器件体积小；高效率，可使用高效率电力电子功率器件；低成本，可使用低成本电力电子功率器件，无需要高频变压器；电磁干扰小，开关频率低。虽然方波的导通损耗更低，但是方波电流的开关损耗很大，正弦波电流能达到零电流开关，所以开关损耗更小，总的讲正弦电流或者类正弦电流的整体损耗更小。

附图说明

图1是本发明具有全波输出整流的多相 4-to-1 SCTC 拓扑的创新电路图；

图2为SCTC 并联架构；

图3是示例两级及多级 PoL架构的 SCTC 并联架构功率转换传输架构的框图。

图4是本发明的控制逻辑与输出波形的一种实施例图。

具体实施方式

在图1的主电路中，开关分为两个开关组，每个开关组在开关的各自输入端接收相同的输入信号。开关组分别由图 1中开关输入端的输入信号 S1 和 S2 组成。 施加到开关Q 输入端的控制信号将完成开关电容谐振腔输入端和 开关电容谐振腔输出子电路能量传输回路的控制工作。开关电容器 C1、C2、C3 和 C4 的电容（可以达到微法级）大于谐振腔的电容器 Cr1 和 Cr2；在一些实施方式中，开关电容器可以比谐振回路的电容器大约高一个数量级；由于开关电容器的电容远高于谐振腔中的谐振电容器的电容，等效串联电容主要由较小的谐振电容器决定。

每个谐振回路都连接到两个电路节点，即分别连接于两对推挽式开关管的输出端。同时，多对开关管连接到电路节点。开关管由控制逻辑驱动，该控制逻辑生成应用于开关管输入的两组或更多组控制信号输入。对于每组控制信号，形成一个或多个子电路回路。用于第一组控制信号的每个子电路回路与用于第二组控制信号的每个子电路回路不同，并且每个子电路回路包括一个或多个谐振回路。此外，控制逻辑生成每组控制信号以在每个开关中实现零电流到导通的切换（后述）。

开关电容器具有相应的前节点和后节点，并且其中每个开关电容器至少具有连接到电路节点的前节点，该电路节点由两个开关连接形成，每个开关分别连接到相应的谐振腔。然后，存储在每个单独开关电容器中的能量通过智能控制逻辑通过谐振回路传输到另一个开关电容器。每个谐振腔包括至少一个谐振电感和一个谐振电容，具有各自的前后节点，分别连接电路中的各个电路节点。开关的组合，以及接收控制信号的开关端子，该开关端子将开关调整为导通状态（在前端子和后端子之间建立传导路径）或关断状态（其中传导路径终止于前端子和后端子之间）前端子和后端子，并且每个前端子和每个后端子连接到电路中的相应电路节点。控制逻辑是通过产生两组或多组控制信号输入来实现的，这些控制信号输入施加到开关的接收端，从而对于每组控制信号：形成一个或多个子电路回路，其中一个或多个子电路用于前组控制信号的电路回路不同于用于后组控制信号的一个或多个子电路回路。

该电路包括开关电容器和多个开关谐振腔的组合。每个谐振回路包括至少一个谐振电感Lr（L_R）和一个谐振电容Cr(C_R)，并具有前后节点。在某些情况下，谐振回路中的谐振电感可能是电路承载结构的杂散电感。该电路还包括一个或多个开关电容器，每个开关电容器具有各自的前后节点。如该解决方案中所述，开关电容器是与谐振回路分离并且对谐振回路本身的特征谐振频率没有贡献的电容器。

1）本发明可以不用缓起动电路即Buck Controller；2）图1用电容和谐振腔做能量存储，也可只用谐振腔，3）能量存储单元更多的方案，效率低，成本加大，***更复杂。图2中多相 4-to-1的流程：输入电压由输入电容C1-C4均分，C4电容的电压就是输入电压的1/4。为保证此电压分割能正常工作，输入的电能由Loop1到Loop3传送到输出端口Vo。

本发明提出一种开关谐振腔直流直流功率变换器的电路结构以及其控制方式（原理）。如图1所示，当每对半桥的上管，即半桥9的Q9和半桥10的Q11；半桥6的Q5和半桥7的Q7；半桥2的Q1和半桥3的Q3导通（所有的S1导通）时，电流从输入电容流到谐振腔并流到输入电容，即电容C4电流经过Q9流过谐振腔（Cr3与Lr3）并经过Q11流入C1；电容C3电流经过Q5流过谐振腔（Cr2与Lr2）并经过Q7流入C1；电容C2电流经过Q1流过谐振腔（Cr1与Lr11）并经过Q3流入C1；如果开关频率和谐振频率一致，此谐振电流呈现类似正弦正半周形状。同理，当每对半桥的下管，即半桥9的Q10和半桥10的Q12；半桥6的Q6和半桥7的Q8；半桥2的Q2和半桥3的Q4导通（所有的S2导通）时，电流从输出电容流到谐振腔并流到输入电容，即电容C1电流经过Q12流过谐振腔（Cr3与Lr3）并经过Q10流入C4；电容C1电流经过Q8流过谐振腔（Cr2与Lr2）并经过Q6流入C3；电容C1电流经过Q4流过谐振腔（Cr1与Lr11）并经过Q2流入C2；如果（控制S1、S2分别导通的）开关频率和谐振频率一致，此谐振电流呈现类似正弦负半周形状。开关动作瞬间即为正弦电流半周期中的起始零点和半周期结束零点电流。因此，类似谐振正弦形状的电流，让所有功率半导体（比如MOSFET）在开关动作的时候的电流近似为零，实现类似零电流开通或关断的工作状态（ZCS），有效减小半导体开关的开关损耗。可以参考图4的一种逻辑。

此能量传递是由成对的开关电路（S1和S2）以及谐振腔，即电感Lr和电容Cr配合控制。谐振频率和谐振腔的参数选取有关。此三个谐振腔的能量传递可以同时进行，也可以交错进行，Loop1到Loop3同时给Vo点传输能量，或Loop1，Loop2，Loop3分别给Vo传递能量。分别传送能量的次序可以调整，即可以Loop1，Loop2，Loop3，也可Loop1，Loop3，Loop2， 也可Loop2，Loop1，Loop3，也可Loop2，Loop3， Loop1，也可Loop3， Loop1， Loop2， 也可Loop3，Loop2， Loop1，等。

开关电容式转换器的工作原理：图2是多相4比1 SCTC拓扑的电路图。该电路是基于电路承载结构构建的，例如印刷电路板、硅基板或任何其他电路承载结构。

在主电路中，电路中有四个开关电容器C1、C2、C3和C4。多个开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12分别具有前后端子和控制输入端。控制输入接收控制信号，该信号将开关置于“关”状态，即在前端子和后端子之间终止传导路径，或“导通”状态，即在前端子和后端子之间建立传导路径.在主电路中，使用了 N 沟道 MOSFET 开关。然而，也可以使用其他类型的开关。

在初始操作阶段，输入电压被等效地分为N个部分，各自的能量储存在每个开关电容中。在特定的开关状态或能量传输回路中，每个谐振回路可以与特定的开关电容器串联或并联，具体取决于电路拓扑和应用。有3个主要的能量传输回路来实现最终从48V到12V比例为4：1的电压转换。除了作为中间能量存储单元，谐振腔的使用还可以创造出过零或反向电流，即实现过零电流或过零电压软开关，减小***中的电力电子开关器件的开关损耗。谐振回来的电感和电容参数选取需根据开关频率设定。

能量传输回路Loop1包括两个电容器C1和C2，其具有连接到电路节点1和电路节点4，半桥2电路节点由连接到开关Q1和Q2形成，半桥3电路节点由连接到开关Q3和Q4形成。 每个开关Q1，Q2, Q3 和Q4分别连接到各自的谐振回路Lr1和Cr1。在这个实现过程中，存储在C2的能量将通过谐振腔传输到 C1。在这种情况下，开关电容器C1的下端直接接地。

能量传输回路Loop2包括两个电容器C1和C3，其具有连接到电路节点5和电路节点4，半桥6电路节点由连接到开关Q5和Q6形成，半桥7电路节点由连接到开关Q7和Q8形成； 每个开关Q5，Q6, Q7 和Q8分别连接到各自的谐振回路Lr2和Cr2；在这个实现过程中，存储在C3的能量将通过谐振腔传输到 C1；

能量传输回路Loop3包括两个电容器C1和C4，其具有连接到电路节点8和电路节点4，半桥9电路节点由连接到开关Q9和Q10形成，半桥10电路节点由连接到开关Q11和Q12形成； 每个开关Q9，Q10, Q11 和Q12分别连接到各自的谐振回路Lr3和Cr3；在这个实现过程中，存储在 C4的能量将通过谐振腔传输到 C1；

在一些实施方式中，控制逻辑控制开关使得它们在零电流下接通和断开，例如零电流开关(ZCS)。与电流在开关中流动时的开关相比，此 ZCS 功能可降低开关损耗。此外，由于无损开关特性，图 1中的主电路允许谐振电容器上出现更大的电压纹波。因此，与在没有 ZCS 的***中使用的电容器相比，谐振电容器的尺寸可以减小。

每个开关状态的“开”和“关”时间取决于该特定开关状态中涉及的电感器和谐振电容器的谐振频率。此外，由于输入和输出电容器和开关电容器通常不参与谐振阶段，因此可以合理地将此类电容器视为电压源，对谐振频率的影响可以忽略不计。

请注意，在各个开关事件之间存在死区时间，在此期间，控制输入信号 S1 和 S2都“关闭”，并且主电路的所有开关 Q 都处于打开状态。这第三组控制信号输入适应零电流开关 ZCS。在这种情况下，第一组和第二组控制信号S1和S2各自的占空比小于50%。然而，当所有开关都关闭时，这个死区时间通常是最小的，以适应电流复位，并且 ZCS 可以通过设置 S1 的“开启”时间（S2 的“关闭”）和前两组控制信号来实现。 S2 的“开启”时间（S1 的“关闭”时间）约为谐振回路正弦谐振周期的一半，并考虑到电路元件中的电阻阻尼。

在图 1的主电路中，开关电容器 C1、C2、C3 和 C4 的电容大于谐振腔的电容器Cr1 和 Cr2可以达到微法级）。在一些实施方式中，开关电容器可以比谐振回路的电容器大约高一个数量级。由于开关电容器的电容远高于谐振腔中的谐振电容器的电容，等效串联电容主要由较小的谐振电容器决定。

图 2 的 SCTC 并联架构，SCTC 可用作独立转换器。然而，多个 SCTC 可以并联连接用于各种单元操作。当电力输送要求超过单个 SCTC 的电力输送能力时，可以使用多个并联的 STC。并行 SCTC 架构还可以扩展到需要高电压转换比但不需要电流隔离的各种应用。

开关电容式转换器的工作原理：图3是多相4比1 SCTC拓扑的电路图。该电路是基于电路承载结构构建的，例如印刷电路板、硅基板或任何其他电路承载结构。

在另一种配置中，单个或多个 SCTC 可以在两级负载点 (PoL) 电源转换架构中并联连接。同样，当电力输送要求超过任何一个 SCTC 的电力输送能力时，可以并行使用多个 SCTC。

图 3 是示例两级及多级 PoL架构的 SCTC 并联架构功率转换传输架构的框图，该架构包含多个 SCTC、并行和多负载点转换器。在图3 中，SCTC 接收输入电压并将电压降低到中间总线电压。负载点转换器，每个接收中间总线电压作为输入，并产生相应的输出稳压 Vout，其电压值取决于负载的电压要求。

图4是本发明的控制逻辑与输出波形的一种实施例图。

Claims (3)

1.一种开关电容谐振式直流转换器，其特征是，包括开关管、开关电容和多个谐振回路；开关电容用作单独的分压器和能量存储；每个谐振回路包括至少一个谐振电感器和至少一个谐振电容；还包括控制逻辑；控制逻辑指生成两组或多组控制信号输入的控制逻辑，这些控制逻辑的控制信号输入应用于开关管的输入，从而对于每组控制信号形成一个或多个子电路回路，并且其中一个或多个子电路回路，用于某一组控制信号的一个或多个子电路回路，每个子电路回路包括一个谐振回路；至少一个子电路回路包括开关电容；每个开关电容连接到电路回路的前节点和后节点，该电路前后节点均由二只成对推挽式开关管的输出端连接形成，每对推挽式开关管的中性端分别连接谐振回路并接到相邻一对开关管的中性端；存储在每个单独开关电容中的能量通过控制逻辑通过谐振回路传输到另一个相邻的开关电容；

开关管由控制逻辑驱动，该控制逻辑生成应用于开关管输入，且有两组控制信号输入；对于每组控制信号，形成一个或多个子电路回路；控制逻辑生成每组控制信号以在每个开关管中实现零电流到导通的切换；

设有多对开关管的组合，以及接收控制信号的开关管输入端，该开关管输入端将开关管调整为在前一对开关管和后一对开关管之间建立传导路径导通状态或关断状态，其中传导路径终止于开关管的前端子和后端子之间，并且每个前端子和每个后端子连接到电路中的相应电路节点；控制逻辑是通过产生两组控制信号输入来实现的，这些控制信号输入施加到开关管的接收端，从而对于每组控制信号形成一个子电路回路，其中一个子电路回路用于前组控制信号的电路，不同于用于后组控制信号的一个子电路回路；

在开关电容谐振式直流转换器主电路中，有依次串联的第一至第四四个开关电容C1、C2、C3和C4，对应四个开关电容并联连接的第一至第四四对推挽式开关管分别是Q3、Q4，Q1、Q2，Q5、Q6，Q9、Q10，且设有第五对至第六两对推挽式开关管Q7、Q8，Q11、Q12与第一对开关管并联；分别具有前后端子和控制输入端；控制输入端接收控制信号，该信号将开关管置于“关”状态，则前端子和后端子之间终止传导路径，或“导通”状态，即在前端子和后端子之间建立传导路径；第一谐振回路Lr1 和Cr1连接第一对开关管与第二对开关管的中性端，第二谐振回路Cr2和Lr2连接第五对开关管与第三对开关管的中性端，第三谐振回路Lr3和Cr3连接第六对开关管与第四对开关管的中性端；

第一与第二开关电容C1、C2连接的电路为第4电路，第二与第三开关电容连接的电路为第1电路，第三与第四开关电容连接的电路为第5电路；第一对、第二对、第三对、第四对、第五对、第六对推挽式开关管分别对应第3电路、第2电路、第6电路、第9电路、第7电路、第10电路；第一与第四开关电容C1、C4之间为第8电路且为主电路的输入端，第3电路为主电路的输出端；

在初始操作阶段，输入电压被等效地分为4个部分，各自的能量储存在每个开关电容中；

设有3个能量传输回路来实现最终从48V到12V比例为4：1的电压转换；除了作为中间能量存储单元，谐振回路的使用实现过零或反向电流，即实现过零电流或过零电压软开关；谐振回路的电感和电容参数选取根据开关频率设定；

第一能量传输回路包括两个电容C1和C2，连接到第一电路和第四电路， 实现过程中，存储在 第二电容C2的能量将通过谐振回路传输到第一电容 C1；第一开关电容C1的下端直接接地；

第二能量传输回路包括第一、第二两个开关电容C1和C3，连接到第5电路和第4电路，实现过程中，存储在第三电容 C3的能量将通过谐振回路传输到第一开关电容C1；

第三能量传输回路包括两个电容C1和C4，并连接到第8电路和第4电路；实现过程中，存储在第4开关电容C4的能量将通过谐振回路传输到第1开关电容 C1；

主电路中，开关管分为两个开关管组，每个开关管组在开关管的各自输入端接收相同的输入信号；开关管组分别由开关管输入端的输入信号 S1 和 S2 组成； 施加到开关管输入端的控制信号将完成开关电容谐振回路输入端和 开关电容谐振回路输出子电路能量传输回路的控制工作；开关电容 C1、C2、C3 和 C4 的电容大于谐振回路的电容 Cr1 和Cr2；开关电容的电容远高于谐振回路中的谐振电容，等效串联电容由谐振电容决定；

第一控制信号S1指对第十开关管Q9、开关管Q11、第五开关管Q5、第七开关管Q7；第一开关管Q1、第三开关管Q3输入端的控制信号；

第二控制信号S2指对第十开关管Q10、第十二开关管Q12、第六开关管Q6、第八开关管Q8；第二开关管Q2、第四开关管Q4输入端的控制信号；

当第9电路第九开关管Q9和第10电路的第11开关管Q11、第6电路的第五开关管Q5和第7电路的第七开关管Q7，第1电路的第一开关管Q1和第3电路的第三开关管Q3导通，电流从输入电容流到谐振回路并流到输入电容，即第4开关电容C4电流经过第9开关管Q9流过第三谐振回路Cr3与Lr3并经过第11开关管Q11流入第一开关电容C1；第三电容C3电流经过第五开关管Q5流过第二谐振回路Cr2与Lr2并经过Q7流入C1；电容C2电流经过Q1流过谐振回路Cr1与Lr11并经过第3开关管Q3 流入第一开关电容C1；开关频率和谐振频率一致，此谐振电流呈现类正弦正半周形状；

当第9电路的第十开关管Q10和第10电路的第十二开关管Q12；第6电路的第六开关管Q6和第7电路的第8开关管Q8；第2电路的第二开关管Q2和第3电路的第四开关管Q4导通即所有的S2导通时，电流从输出电容流到谐振并流到输入电容，即第一开关电容C1电流经过第12开关管Q12后流过谐振回路Cr3与Lr3并经过第十开关管Q10流入第四开关电容C4；第一开关电容C1电流经过第八开关管Q8后流过谐振回路Cr2与 Lr2并经过第六开关管Q6流入第三开关电容C3；第一开关电容C1电流经过第四开关管Q4的流过谐振回路Cr1与Lr11并经过第二开关管Q2流入第二开关电容C2；控制信号S1、S2分别导通的开关频率和谐振频率一致，此谐振电流呈现类正弦负半周形状。

2.根据权利要求1所述的开关电容谐振式直流转换器，其特征是，每个开关状态的“开”和“关”时间取决于该特定开关状态中涉及的电感器和谐振电容的谐振频率。

3.根据权利要求1所述的开关电容谐振式直流转换器，其特征是， 当在各个开关管之间存在死区时间，在此期间，控制输入信号 S1 和 S2 都“关闭”，并且主电路的所有开关管Q 都处于打开状态；第一组和第二组控制输入信号S1和S2各自的占空比小于50%；第三组控制信号输入适应零电流开关ZCS；ZCS通过设置 S1 的“开启”时间及S2 的“关闭”和前两组控制信号来实现； S2 的“开启”时间、S1 的“关闭”时间为谐振回路正弦谐振周期的一半。