CN101902059B - 对容性负载充电的方法 - Google Patents

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CN101902059B CN2010102309045A CN201010230904A CN101902059B CN 101902059 B CN101902059 B CN 101902059B CN 2010102309045 A CN2010102309045 A CN 2010102309045A CN 201010230904 A CN201010230904 A CN 201010230904A CN 101902059 B CN101902059 B CN 101902059B
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Abstract

本发明公开了一种对容性负载充电的方法，旨在提供一种具有较高充电效率、可以使用相同输出电压的电源的对容性负载充电的方法。充电电路包含n个电源e，假设i为2到n之间的任一整数，所有电源e1至en串联成一个环，每两个相邻的电源之间串有一个开关SS，每个电源e的正极通过一个开关SP连接容性负载，负极通过一个开关SG连接容性负载；充电分为n步，第一次充电选用e1，闭合开关SP1和SG1；第i次充电需要选用i个相邻的电源，闭合i个相邻电源中的第一个电源负极与容性负载之间的开关SG和最后一个电源正极与容性负载之间的开关SP，闭合i个相邻电源之间的开关SS。本发明适用于所有的容性负载充电电路。

Description

对容性负载充电的方法
技术领域
本发明涉及一种充电方法，尤其是涉及一种对容性负载充电的方法。
背景技术
充电效率定义为：负载上得到的功率与电源上输出功率的比值。容性负载有很多，其中之一是超级电容，它是近几年才批量生产的一种无源器件，介于电池与普通电容之间，具有电容的大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，更是在大容量、高耐压方面有了惊人的进步，成为蓄电池辅助蓄电装置，甚至取代蓄电池，并且重复使用寿命长，超级电容快速充放电这一特性在提供便捷的同时，也带来了充电时效率低下的缺点；容性负载还可以是一般的电容，当电源用传统方法直接给电容充电时，会有大量的能量消耗在电源内阻及开关导通电阻等地方，效率也不高；容性负载，还可以是集成电路中开关电容电路的电容负载，虽然在对分离的电容器件充电时，可以用高效率的带电感直流-直流电压变换电路充电，但是在集成电路内部的开关电容电路是不可能用带电感直流-直流电压变换电路充电的，而现在对开关电容电路里的负载电容充电的低效率成为开关电容电路进一步向低功耗发展的瓶颈之一。
传统最简单直接对电容负载充电的方法：如图1所示。图中，e为充电电源，SW1为控制导通关断的开关，                                                
Figure 2010102309045100002DEST_PATH_IMAGE001
是容性负载，下面其它图中出现这三种器件将不再说明。工作过程如下：对电容充电，先假设电容两端的初始电压为0。然后开关SW1闭合，两端电压被电压源e经过闭合的开关SW1，从0充电到e的直流电压值。设e的直流电压值为
Figure 263845DEST_PATH_IMAGE002
，同时假设电容
Figure 659054DEST_PATH_IMAGE001
的电容值为， 那么电容两端所储存的电荷在充电结束时为
Figure 603919DEST_PATH_IMAGE004
，而对应的能量为
Figure 2010102309045100002DEST_PATH_IMAGE005
。简单直接对电容负载充电的效率：一次充电完成，在电容两端储存的能量为
Figure 364065DEST_PATH_IMAGE005
，而从电源流出的能量为： 
Figure 818049DEST_PATH_IMAGE006
，效率为50%，因此存在着效率低下的问题，另外50%的能量都消耗在开关的导通电阻及电源的内阻等地方了。
中华人民共和国国家知识产权局于2005年1月12日公开了公开号为CN1564751A的专利文献，名称是容性负载驱动电路以及容性负载驱动方法及使用这些的装置。它具有多个储能装置,使用切换装置将储能装置从电压绝对值小的一方起依次与容性负载连接，从而对容性负载进行充电。此方案需要有多个不同的电压值，需要具有不同电压的储能装置，实际使用中较为不便，并且储能装置的消耗不同，更换频率也不同，维护较为不便。
如图2所示，把电源e分成n个子电源串联：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 141583DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，……，
Figure 748145DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，每个子电源的电压值可以相等，也可以不相等，为了便于说明假设每个子电源的电压值相等，都为
Figure 928459DEST_PATH_IMAGE012
。强调说明， 图2中的电源可以是电池，可以是存储有电荷的电容器，还可以是一切提供电能的模块。充电的过程如下：第一次充电，开关SP1闭合，其它开关都断开，这样
Figure 620472DEST_PATH_IMAGE007
经过SP1对
Figure 544434DEST_PATH_IMAGE001
进行第一次充电，如图3所示，图中
Figure DEST_PATH_IMAGE013
是SP1的导通电阻、
Figure 5503DEST_PATH_IMAGE007
的内阻及连接线的内阻相加的一个等效电阻。第一次充电完成后，
Figure 622298DEST_PATH_IMAGE001
两端的电压等于
Figure 801606DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 76730DEST_PATH_IMAGE001
两端储存的能量为：
Figure 907151DEST_PATH_IMAGE014
，而第一个子电源
Figure 180001DEST_PATH_IMAGE007
在第一次充电时输出的能量为：
Figure DEST_PATH_IMAGE015
。第二次充电，除开关SP2闭合外，其它所有开关都断开，如图4所示，图中
Figure 95873DEST_PATH_IMAGE016
是SP2的导通电阻、
Figure 112371DEST_PATH_IMAGE007
的内阻、
Figure 791439DEST_PATH_IMAGE008
的内阻及连接线的内阻相加的一个等效电阻。子电源
Figure 563086DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 451408DEST_PATH_IMAGE008
串联经过导通的开关SP2对
Figure 520864DEST_PATH_IMAGE001
进行第二次充电，第二次充电完成后，两端的电压等于2
Figure 753579DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 378465DEST_PATH_IMAGE001
两端储存的能量为：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，而子电源
Figure 736765DEST_PATH_IMAGE007
，在第二次充电时输出的能量为：
Figure 447418DEST_PATH_IMAGE018
，子电源，
Figure 783907DEST_PATH_IMAGE008
在前两次充电输出的总能量为：
Figure 783087DEST_PATH_IMAGE015
+
Figure 254388DEST_PATH_IMAGE018
。第n次充电，除开关SPn闭合外，其它开关都断开，如图5所示，图中
Figure DEST_PATH_IMAGE019
是SPn的导通电阻,，
Figure 819548DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 938814DEST_PATH_IMAGE009
，……，
Figure 315437DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 215260DEST_PATH_IMAGE011
的内阻及连接线的内阻相加的一个等效电阻。子电源
Figure 719054DEST_PATH_IMAGE007
，，
Figure 511789DEST_PATH_IMAGE009
，……，
Figure 898908DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 455661DEST_PATH_IMAGE011
串联经过导通的开关SPn对
Figure 283939DEST_PATH_IMAGE001
进行第n次充电，第n次充电完成后，
Figure 267945DEST_PATH_IMAGE001
两端的电压等于n
Figure 814464DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 987956DEST_PATH_IMAGE001
两端储存的能量为：
Figure 185588DEST_PATH_IMAGE020
，而子电源，
Figure 187359DEST_PATH_IMAGE008
，，……，
Figure 888785DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 214593DEST_PATH_IMAGE011
在第n次充电时输出的能量为：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，子电源
Figure 735704DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 172370DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 157644DEST_PATH_IMAGE009
，……，
Figure 405086DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 662761DEST_PATH_IMAGE011
在前n次充电输出的总能量为：
Figure 653850DEST_PATH_IMAGE015
+
Figure 493630DEST_PATH_IMAGE018
+……+
Figure 178819DEST_PATH_IMAGE021
=
Figure 408943DEST_PATH_IMAGE005
+
Figure 452991DEST_PATH_IMAGE022
。所以在完成n次充电后，效率为
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，当
Figure 84961DEST_PATH_IMAGE024
，效率趋向于100%，因此当n选取 合适的值时，此分段充电的方法比传统简单直接充电的50%效率有了显著的提高。
在整个n次充电过程中，各个子电源贡献的电量是不一样的。
Figure 923473DEST_PATH_IMAGE007
贡献的电量为：
Figure 968789DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 301682DEST_PATH_IMAGE008
贡献的电量为：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 975109DEST_PATH_IMAGE009
贡献的电量为：
Figure 63150DEST_PATH_IMAGE026
，……，
Figure 517134DEST_PATH_IMAGE010
贡献的电量为：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 840668DEST_PATH_IMAGE011
贡献的电量为：。因此各电源供电是不均衡的，这会导致在工作中
Figure 627545DEST_PATH_IMAGE007
先把电放完，如果子电源用的是电池，那么就需要频繁地更换电池。
Figure DEST_PATH_IMAGE029
           表格1    n=9为例，分段充电法的算法
Figure 181203DEST_PATH_IMAGE030
           表格2    n=9为例，分段充电法算法对应的开关的逻辑。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的充电效率较低、需要电源有不同电压输出能力、储能装置更换频率不同的技术问题，提供一种具有较高充电效率、可以使用相同输出电压的电源、电源具有相同更换频率的容性负载充电方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种对容性负载充电的方法，包含至少两个电源e，假设电源数量为n，假设i为2到n之间的任一整数，所有电源e1至en串联成一个环，电源e1和en之间串有开关SS1，每两个相邻的电源ei和ei-1之间串有一个开关SSi，容性负载具有第一输入端和第二输入端，第二输入端接地，每个电源ei的正极通过一个开关SPi连接容性负载的第一输入端，电源e1的正极通过开关SP1连接容性负载的第一输入端，每个电源ei的负极通过一个开关SGi连接容性负载的第二输入端，电源e1的负极通过开关SG1连接容性负载的第二输入端；充电分为n步，第一次充电选用电源e1，闭合开关SP1和开关SG1，其余开关打开；第i次充电需要选用i个相邻的电源，定义电源e1和电源en相邻，闭合i个相邻电源中的第一个电源的负极与容性负载的第二输入端之间的开关SG，闭合最后一个电源正极与容性负载的第一输入端之间的开关SP，同时闭合i个相邻电源之间的开关SS，其余开关打开。
第一次充电，选中
Figure 704588DEST_PATH_IMAGE007
，对应的开关动作是，SG1与SP1闭合导通，其它所有的开关都断开。对应的电路简化图与图3完全相同。第二次充电，选中
Figure 327242DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 240972DEST_PATH_IMAGE009
，对应的开关动作是SG2、SS2与SP3闭合导通，其它所有的开关都是断开的。对应的充电电路如图7所示, 图中是SG2，SS2与SP3的导通电阻, 
Figure 968625DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 549779DEST_PATH_IMAGE009
的内阻及连接线的内阻相加的一个等效电阻。按照表格２的规律，第三次充电选紧接
Figure 71896DEST_PATH_IMAGE009
后的3个电源，然后依次进行第四次，……，第n次的充电。每个电源具有相同的使用频率，在型号相同的情况下具有相同的更换频率。
作为优选，把e1定义为en的紧接着的后一个电源，把ei定义为ei-1的紧接着的后一个电源，第i次充电时所用的i个电源中的第一个选取上一次充电时选中的最后一个电源的紧接着的后一个电源，闭合所选取的i个电源之间的开关SS，闭合i个电源中的第一个电源的负极与容性负载的第二输入端之间的开关SG，闭合i个电源中的最后一个电源正极与容性负载的第一输入端之间的开关SP，其余开关打开。按顺序选择电源可以使选择规则简单明确，所有的电源具有相同的消耗。
作为优选，把en定义为e1的紧接着的前一个电源，把ei-1定义为ei的紧接着的前一个电源，第i次充电时所用的i个电源中的第一个选取上一次充电时选中的最后一个电源的紧接着的前一个电源，闭合所选取的i个电源之间的开关SS，闭合i个电源中的第一个电源正极与容性负载的第一输入端之间的开关SP，闭合i个电源中的最后一个电源的负极与容性负载的第二输入端之间的开关SG，其余开关打开。此方案为上一方案的反向选择，同样使所有电源具有相同的消耗。
作为优选，电源e1至en输出电压全部相同。相同电压的电源使整个电路结构更为简单。
作为优选，电源e1至en为电容Ce1至Cen，电容Ce1的正极通过开关Sin1连接电源V/n，电容Cei的正极通过开关Sini连接电源V/n，第一次充电时先闭合开关Sin1和开关SG1对电容Ce1充电，然后打开开关Sin1，闭合开关SP1和开关SG1，其余开关打开，上述过程至少执行一次；第i次充电时先闭合开关Sin对i个相邻的Ce进行充电，然后打开开关Sin，闭合所选用的i个相邻的Ce中的第一个Ce的负极与容性负载的第二输入端之间的开关SG，闭合最后一个Ce正极与容性负载的第一输入端之间的开关SP，同时闭合i个相邻Ce之间的开关SS，其余开关打开，上述过程至少执行一次。通过使用电容作为电源可以使直流电源节省至一个。
作为优选，定义Ce1为Cen的后一个电容，i个相邻的Ce可以从任一Ce开始。
作为优选，电源至少有9个。9个电源可以使充电效率达到90%，远远高于直接充电的50%。
作为优选，开关SS1至SSn采用MOS、BJT、继电器等电控制开关，开关SG1至SGn采用MOS、BJT、继电器等电控制开关，开关SP1至SPn采用MOS、BJT、继电器等电控制开关，开关Sin1至Sinn采用MOS、BJT、继电器等电控制开关。采用MOS、BJT、继电器等电控制开关能够使开关集成到集成电路中，实现智能化控制。
本发明的带来的有益效果是，具有较高的充电效率，可以使用相同输出的电压的电源，电源具有相同的更换频率。
附图说明
图1是现有技术中采用传统电源直接对电容充电的示意图；
图2是本发明的一种示意图；
图3是本发明的一种对CL第一次充电示意图；
图4是本发明的一种对CL第二次充电示意图；
图5是本发明的一种对CL第n次充电示意图；
图6是本发明的一种实现头尾相接分段充电均衡轮换法的电路结构图；
图7是本发明的一种头尾相接分段充电均衡轮换法对CL第二次充电简化示意图；
图8是一种利用开关电容对CL充电示意图；
图9是一种利用开关电容对CL充电的连续时间的等效电路；
图10是本发明的一种重复用电容预先充电然后向CL放电来代替电源的电路结构图；
图11是图10的第一次充电中电容Ce1的第i次预充电电路图；
图12是图10的第一次充电中电容Ce1向电容CL的第i次电荷转移电路图；
图13是图10的第二次充电中电容Ce2和Ce3的第i次预充电电路图；
图14是图10的第二次充电中电容Ce2和Ce3向电容CL的第i次电荷转移电路图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：如图6所示，包含n个电源，假设i为2到n之间的任一整数，所有电源e1至en串联成一个环，电源e1和en之间串有开关SS1，每两个连接的电源ei和ei-1之间串有一个开关SSi，容性负载具有第一级和第二级，每个电源ei的正极通过一个开关SPi连接容性负载的第一级，电源e1的正极通过开关SP1连接容性负载的第一级，每个开关ei的负极通过一个开关SGi连接容性负载的第二级，电源e1的负极通过开关SG1连接容性负载的第二级；充电分为n步，第一次充电选用电源e1，第i次充电需要选用i个相邻的电源，i个电源中的第一个选取上一次i-1选中的最后一个电源的紧接着的后一个电源，同时把e1定义为en的紧接着的后一个电源。第一次充电，选中，对应的开关动作是，SG1与SP1闭合导通，其它所有的开关都断开。对应的电路简化图与图3完全相同。第二次充电，选中
Figure 817315DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 502243DEST_PATH_IMAGE009
，对应的开关动作是SG2、SS2与SP3闭合导通，其它所有的开关都是断开的。对应的充电电路如图7所示, 图中
Figure 945994DEST_PATH_IMAGE031
是SG2，SS2与SP3的导通电阻, 
Figure 162212DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 231668DEST_PATH_IMAGE009
的内阻及连接线的内阻相加的一个等效电阻。按照表格２的规律，第三次充电选紧接
Figure 521835DEST_PATH_IMAGE009
后的3个电源，然后依次进行第四次，……，第n次的充电。
为了便于说明，头尾相接分段充电均衡轮换法的算法用表格来描述，如表格３，表格４所示。
以n=9为例。空格表示未选中。
表格3为头尾相接分段充电均衡轮换法的算法。以n=9为例。
Figure 464383DEST_PATH_IMAGE032
           表格3    n=9为例，头尾相接分段充电均衡轮换法的算法
表格４为，头尾相接分段充电均衡轮换法算法对应的开关控制逻辑，以n=9为例。1代表闭合导通，0代表断开。表格中的所有开关对应于图6。
           表格4    n=9为例，头尾相接分段充电均衡轮换法算法对应的开关的逻辑
实施例2：除了可以用连续时间电路对容性负载充电外如图9所示，还可以用开关电路对容性负载充电如图8所示。如果把图9中的R1看作图1中开关SW1的内阻，那么图9可等效为图1。同时，由开关电容电路的相关知识可以知道，图8中，如果开关S1与S2以足够快速度非交叠闭合导通的话，那么S1，S2和Ce可以等效为一个电阻，那么图8 开关电容电路与图9的连续时间电路可以等效，可推导出图8与图1可以等效。基于此，下面介绍一种图6的变形，如图10所示,图中
Figure 26952DEST_PATH_IMAGE012
代表电源模块提供的电压值或者是有驱动能力的信号源所提供的信号，为了便于说明，以下描述假设为电源模块。图10中的,
Figure DEST_PATH_IMAGE035
,……，
Figure 44772DEST_PATH_IMAGE036
,
Figure DEST_PATH_IMAGE037
可以相等，也可以不相等。图10电路可以通过改变SS1-SSn,SP1-SPn,SG1-SGn的控制逻辑实现各种不同的算法。可以实现与图2相同的分段充电方法，也可以采用与图6相同的头尾相接分段充电均衡轮换法，这两种算法在这里都可以很好地实现对容性负载的高效充电。现以采用头尾相接分段充电均衡轮换法算法为例来说明工作原理：在每次，假设第i次对
Figure 942507DEST_PATH_IMAGE001
充电前，首先对对应的i个电容并联预先充电到，然后把这i个对应的电容串联在一起，串联电容上的总预充电电压接近于
Figure 612665DEST_PATH_IMAGE038
，由于寄生电容的存在，串联电容上的总电压总要低于，以下的讨论为了方便都假设寄生电容足够小，使用理想电容模型。电容串联的同时其上的电荷开始往
Figure 496494DEST_PATH_IMAGE001
上转移，多次重复这一动作，直到
Figure 196596DEST_PATH_IMAGE001
上的电压足够接近对应电容串联的预充电电压，这样一个多次的过程等效图6中的一次充电过程。
采用头尾相接分段充电均衡轮换法算法的具体讨论如下（忽略寄生电容）：第一次充电，电源模块对Ce1预充电，Sin，SG1闭合导通，其它所有的开关都断开。如图11所示,其中
Figure DEST_PATH_IMAGE039
是Sin，SG1的导通电阻，电源模块的内阻及连接线的内阻相加的一个等效电阻。预充电结束后，Ce1上的电压为
Figure 565130DEST_PATH_IMAGE012
。然后Sin断开，SP1与SG1闭合导通，其它所有的开关都断开，Ce1上的电荷会有一部分转移到
Figure 958065DEST_PATH_IMAGE001
上，如图12所示，其中
Figure 44838DEST_PATH_IMAGE040
是SP1与SG1的导通电阻，电源模块的内阻及连接线的内阻相加的一个等效电阻。一直重复电源模块对Ce1预充电（如图11所示），Ce1对
Figure 610949DEST_PATH_IMAGE001
转移电荷（如图12所示）这一过程，直到
Figure 584721DEST_PATH_IMAGE001
两端的电压足够接近
Figure 397825DEST_PATH_IMAGE012
，这样对应图6的第一次充电完成。第二次充电，电源模块对Ce2，Ce3预充电，Sin，SG2，SG3闭合导通，其它所有的开关都断开, 如图13所示,其中是Sin，SG2，SG3的导通电阻，电源模块的内阻及连接线的内阻的一个等效电阻。然后Ce2，Ce3串联并向转移电荷，Sin断开，SG2、SS3、SP3闭合导通，如图14所示，其中
Figure 13800DEST_PATH_IMAGE042
是SG2，SS3，SP3的导通电阻，电源模块的内阻及连接线的内阻相加的一个等效电阻。Ce2，Ce3上的电荷会有一部分转移到
Figure 107658DEST_PATH_IMAGE001
上。一直重复电源模块对Ce2，Ce3预充电（如图13所示），Ce2，Ce3向
Figure 91664DEST_PATH_IMAGE001
转移电荷（如图14所示）这一过程，直到
Figure 700500DEST_PATH_IMAGE001
两端的电压足够接近2
Figure 811675DEST_PATH_IMAGE012
（为了便于分析，忽略寄生电容效应,以下同），这等效图6中
Figure 9307DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 914946DEST_PATH_IMAGE009
对
Figure 11078DEST_PATH_IMAGE001
的第二次充电。 然后再选用Ce4，Ce5，Ce6，与图4相类似的策略来轮换。最后，
Figure 649913DEST_PATH_IMAGE001
两端能被驱动到n
Figure 718363DEST_PATH_IMAGE012
。如果把电压为
Figure 44171DEST_PATH_IMAGE012
的模块看成电源，这是一个电荷泵的过程，如果把它看成是信号，则，这是一个信号放大的过程。 
图10的充电效率分析如下：第一次充电，
Figure 627599DEST_PATH_IMAGE001
被电压值为
Figure 814998DEST_PATH_IMAGE012
的电源模块经过Ce1从0充电到
Figure 987222DEST_PATH_IMAGE012
，第一次充电完成后，
Figure 234664DEST_PATH_IMAGE001
两端的电压等于
Figure 305388DEST_PATH_IMAGE012
，两端储存的能量为：
Figure 323209DEST_PATH_IMAGE014
，而电压为
Figure 990819DEST_PATH_IMAGE012
的电源模块在第一次充电时输出的能量为：。第二次充电，
Figure 78041DEST_PATH_IMAGE001
被电压值为的电源模块经过Ce2，Ce3从
Figure 610839DEST_PATH_IMAGE012
充电到2
Figure 593839DEST_PATH_IMAGE012
，第二次充电完成后，两端的电压等于2，
Figure 750517DEST_PATH_IMAGE001
两端储存的能量为：
Figure 204501DEST_PATH_IMAGE017
，而由于
Figure 75505DEST_PATH_IMAGE001
两端的电压从充电到2
Figure 207855DEST_PATH_IMAGE012
的过程中，是由两个电容串联充上来的，那么电源模块流出的能量为：，电压值为
Figure 823830DEST_PATH_IMAGE012
的电源模块在前两次充电输出的总能量为：
Figure 284899DEST_PATH_IMAGE015
+
Figure 449164DEST_PATH_IMAGE018
。第n次充电完成后，
Figure 877740DEST_PATH_IMAGE001
两端的电压等于n
Figure 356126DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 920968DEST_PATH_IMAGE001
两端储存的能量为：
Figure 521714DEST_PATH_IMAGE020
，而电源模块在第n次充电时输出的能量为：
Figure 922739DEST_PATH_IMAGE021
，电源模块在前n次充电输出的总能量为：
Figure 454084DEST_PATH_IMAGE015
+
Figure 889744DEST_PATH_IMAGE018
+……+
Figure 395812DEST_PATH_IMAGE021
=+
Figure 619169DEST_PATH_IMAGE022
。所以在完成n次充电后，效率为
Figure 158603DEST_PATH_IMAGE023
，当
Figure 835572DEST_PATH_IMAGE024
，效率趋向于100%。

Claims (10)

1.一种对容性负载充电的方法，其特征在于，包含至少两个电源，假设电源数量为n，假设i为2到n之间的任一整数，所有电源e1至en串联成一个环，电源e1和en之间串有开关SS1，每两个相邻的电源ei和ei-1之间串有一个开关SSi，容性负载具有第一输入端和第二输入端，第二输入端接地，每个电源ei的正极通过一个开关SPi连接容性负载的第一输入端，电源e1的正极通过开关SP1连接容性负载的第一输入端，每个电源ei的负极通过一个开关SGi连接容性负载的第二输入端，电源e1的负极通过开关SG1连接容性负载的第二输入端；充电分为n步，第一次充电选用电源e1，闭合开关SP1和开关SG1，其余开关打开；第i次充电需要选用i个相邻的电源，定义电源e1和电源en相邻，闭合i个相邻电源中的第一个电源的负极与容性负载的第二输入端之间的开关，闭合最后一个电源正极与容性负载的第一输入端之间的开关，同时闭合i个相邻电源之间的开关，其余开关打开。
2.根据权利要求1所述的对容性负载充电的方法，其特征在于，把e1定义为en的紧接着的后一个电源，把ei定义为ei-1的紧接着的后一个电源，第i次充电时所用的i个电源中的第一个选取上一次充电时选中的最后一个电源的紧接着的后一个电源，闭合所选取的i个电源之间的开关，闭合i个电源中的第一个电源的负极与容性负载的第二输入端之间的开关，闭合i个电源中的最后一个电源正极与容性负载的第一输入端之间的开关，其余开关打开。
3.根据权利要求1所述的对容性负载充电的方法，其特征在于，把en定义为e1的紧接着的前一个电源，把ei-1定义为ei的紧接着的前一个电源，第i次充电时所用的i个电源中的第一个选取上一次充电时选中的最后一个电源的紧接着的前一个电源，闭合所选取的i个电源之间的开关，闭合i个电源中的第一个电源正极与容性负载的第一输入端之间的开关，闭合i个电源中的最后一个电源的负极与容性负载的第二输入端之间的开关，其余开关打开。
4.根据权利要求1或2或3所述的对容性负载充电的方法，其特征在于，所述电源e1至en输出电压全部相同。
5.根据权利要求1所述的对容性负载充电的方法，其特征在于，所述电源e1至en为电容Ce1至Cen，所述电容Ce1的正极通过开关Sin1连接电源V/n，所述电容Cei的正极通过开关Sini连接电源V/n，第一次充电时先闭合开关Sin1和开关SG1对电容Ce1充电，然后打开开关Sin1，闭合开关SP1和开关SG1，其余开关打开，上述过程至少执行一次；第i次充电时先闭合i个相邻电容的正极与电源V/n之间的开关对i个相邻的电容进行充电，然后打开i个相邻电容的正极与电源V/n之间的开关，闭合所选用的i个相邻的电容中的第一个电容的负极与容性负载的第二输入端之间的开关，闭合最后一个电容正极与容性负载的第一输入端之间的开关，同时闭合i个相邻电容之间的开关，其余开关打开，上述过程至少执行一次。
6.根据权利要求5所述的对容性负载充电的方法，其特征在于，定义Ce1为Cen的后一个电容，所述i个相邻的电容可以从任一电容开始。
7.根据权利要求1或2或3或5或6所述的对容性负载充电的方法，其特征在于，其中n至少为9。
8.根据权利要求4所述的对容性负载充电的方法，其特征在于，所述电源至少有9个。
9.根据权利要求1所述的对容性负载充电的方法，其特征在于，所述开关SS1至SSn采用以下电控制开关：MOS或BJT或继电器，所述开关SG1至SGn采用以下电控制开关：MOS或BJT或继电器，所述开关SP1至SPn采用以下电控制开关：MOS或BJT或继电器。
10.根据权利要求5所述的对容性负载充电的方法，其特征在于，所述开关Sin1至Sinn采用以下电控制开关：MOS或BJT或继电器。
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