CN101194412A - 用于在软开关范围中操作功率转换器的方法 - Google Patents
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Abstract
为了将第一DC电压转换为第二DC电压，控制包括在功率转换器中的第一桥接电路将第一DC电压转换为第一AC电压。该第一AC电压变换为第二以及可能另外的AC电压。通过各个桥接电路将第二以及每个可能另外的AC电压转换为DC电压。为了增加功率转换器的效率，控制功率转换器的开关使其操作于软开关。此外，控制每个AC电压的占空比。在一个实施例中，控制每个AC电压的半周期电压－时间积分，使其基本上相等。
Description
技术领域
本发明涉及一种在软开关范围中操作功率转换器的方法，并且涉及一种配置为在软开关范围中操作的功率转换器。
背景技术
在本领域中功率转换器已知被用于从电源向负载供电，其中电源的特定特性分别与负载的特定特性不兼容，比如额定电压和操作电压。
对于DC/DC转换，已知一种双有源桥接器(DAB)转换器。该DAB转换器使用第一有源桥接器将耦合到第一端口的电源的DC电压转换为AC电压。使用电磁耦合设备(比如变压器)将该AC电压传输到第二有源桥接器。第二有源桥接器将该AC电压转换为DC电压。该DC电压被提供给功率转换器的第二端口。这样，功率转换器可以从电源向耦合到第二端口的负载供电。
而且，已知一种三有源桥接器(TAB)转换器。除了上面提及的耦合到第一端口的第一有源桥接器和耦合到第二端口的第二有源桥接器以外，该TAB转换器包括耦合到第三端口的第三桥接器。能量缓冲器可以耦合到第三端口，用于能量存储。
TAB转换器特别适用于如下电源和负载的组合，其中电源适用于提供恒定的功率，即具有慢的瞬态响应，而负载可以消耗相对快速变化的功率。当负载消耗的功率少于电源提供的功率时，能量缓冲器存储剩余的功率，并且当负载消耗的功率多于电源提供的功率时，能量缓冲器提供所需的额外功率。
应当注意，本领域中还已知一种变压器耦合的多端口转换器，即具有多于三个的端口和各自的桥接器的转换器，用于电源、负载和能量缓冲器。额外的端口可以耦合到额外的负载、电源或能量缓冲器。
在DAB和TAB转换器中，每个桥接器将变压器绕组上的相移高频方波电压耦合到各个端口上的电压。通过每个桥接器的开关的软开关，即零电压开关(ZVS)和/或零电流开关(ZCS)，转换器的效率相比于硬开关可以得到提高，并且较高的开关频率是可能的。然而，已知的转换器并非配置用于在保持软开关时端口处的宽电压变化，并因此它们不适用于宽电压输入范围应用，比如用于能量缓冲的电容器。
为了扩展软开关操作范围，提出了多种方法，比如电压消除。然而，对于上文描述的DAB和TAB转换器结构，电压消除方法实现起来是复杂的，例如，由于查找表的使用。
理想的是，提供一种用于扩展软开关范围的方法，该方法是简单的、成本有效的并且易于实现。
发明内容
如权利要求1中描述的根据本发明的方法提供了一种用于操作功率转换器的方法，其中扩展了软开关范围。
在用于耦合两个设备(其中至少一个设备具有在相对较宽的范围中动态改变的电压)的DAB转换器中，耦合到具有动态变化电压的所述设备的变压器绕组上的矩形脉冲波的正(或负)部分的半周期电压-时间积分被控制为等于第二绕组上的矩形脉冲波的正(或负)部分的半周期电压-时间积分。半周期电压-时间积分被定义为绕组电压的半周期的时间积分。对于矩形脉冲波电压，该积分简化为脉冲占空比和幅度的乘积。应当注意，实际电压根据绕组的匝数比进行了补偿。可以表明，控制电压的占空比以便于使绕组的伏特-秒乘积相等，扩展了软开关范围。
在用于耦合具有慢的瞬态响应的电源、负载和具有宽的变化电压的能量缓冲器(比如电容器)的TAB转换器中，有利的是控制耦合到电容器的绕组的电压的占空比。而且可以表明，在该配置中软开关范围被扩展到整个操作范围。
桥接电路的可控开关生成了矩形脉冲波电压，该矩形脉冲波电压被施加到耦合到所述桥接电路的变压器绕组。矩形脉冲波具有占空比和相位。这里使用的电压的占空比指的是，其中矩形脉冲波电压非零的时期相对于矩形脉冲波电压的半周期的时期。因此，如果电压在整个半周期中是高的，占空比是1；如果电压在整个半周期中是零，则占空比是0。在下文中关于参考图2进一步解释占空比。
矩形脉冲波电压的相位相对于施加到变压器的其他绕组的矩形脉冲波电压的相位是相关的。所述电压之间的相移确定了功率传输量，如本领域中已知的。
在一个实施例中，将负载相移确定为耦合到电源的矩形脉冲波电压的相位与耦合到负载的矩形脉冲波电压的相位之间的相移。而且，将缓冲器相移确定为耦合到电源的矩形脉冲波电压的相位与耦合到能量缓冲器的矩形脉冲波电压的相位之间的相移。负载相移和缓冲器相移可被确定和控制，从而使得功率转换器中的功率传输是这样的，即从电源汲取的功率基本上恒定。例如，由于电源的相对较慢的瞬态响应，汲取基本上恒定的功率可以是优选的。
为了在上文指出的实施例中实现软开关，至少确定和控制耦合到能量缓冲器的绕组上的矩形脉冲波电压的占空比(其在下文中称作缓冲器占空比)，从而使得绕组上的矩形脉冲波的正(或负)部分的半周期电压-时间积分等于变压器的其他绕组上的矩形脉冲波的正(或负)部分的半周期电压-时间积分。如上所述，该半周期电压-时间积分可以是峰值电压和占空比的乘积，如下文中将参考附图进行阐明。
在一个实施例中，其中电源具有依赖于从其自身汲取的功率量的相对较宽的DC电压范围，比如燃料电池，可以利用在功率转换器的源侧的占空比控制，在不同的功率电平下操作电源。另外，确定耦合到电源的绕组上的电压的源占空比，从而使得所述绕组上的所述电压的正(或负)部分的半周期电压-时间积分基本上等于另一绕组(例如耦合到负载的绕组)上的所述电压的正(或负)部分的半周期电压-时间积分。
如果负载电压(即负载上的电压)基本上是恒定的，例如等于负载的恒定操作电压，则可以响应于所述负载电压来控制负载相移，该相移确定了提供给负载的功率量。当负载试图改变其功耗时，需要改变其电阻。因此，由于提供的功率没有改变，所以负载电压和对应的负载电流都将首先改变。将实际负载电压与预先定义的所需负载电压(例如负载的操作电压)进行比较，确定了负载电压差。响应于所述负载电压差，可以确定改变的负载相移。例如，如果负载试图汲取较高的功率，那么只要功率转换器未提供对应的较高功率，实际负载电压就会偏离预先定义的所需负载电压。响应于负载电压的改变，控制功率转换器以改变负载相移来提供更大的功率，直至实际负载电压再次基本上等于预先定义的所需负载电压。
在一个实施例中，负载可以具有依赖于其功耗而变化的操作电压。在这种实施例中，可以对耦合到负载的变压器绕组上的矩形脉冲波电压使用根据本发明的占空比控制，以便补偿得到的绕组上的半周期电压-时间积分改变，由此保持功率转换器中的软开关。
在一个实施例中，基于从电源汲取的实际源功率与预先定义的所需源功率之间的功率差，确定缓冲器相移。预先定义的所需源功率可以表示电源的额定功率，或者可以是用户选择的操作功率。汲取功率与所需功率之间的功率差是由能量缓冲器提供或汲取的功率的测度。因此缓冲器相移用于控制前往或来自能量缓冲器的功率传输，同时将从电源汲取的功率控制为基本上恒定。
在一个实施例中，该方法包括控制预先定义的所需源功率。当电容器被充电到高于预先定义的最大电平时，或者当电容器被放电到低于最小电平时，可以改变预先定义的所需源功率以便分别对电容器放电或充电。依赖于电源的功率容量，该改变可以是临时的。类似地，如果负载在较长的时段中消耗或多或少的功率，并且如果电源适用于在另一功率电平处供电，则预先定义的所需源功率可以改变较长的时段。
当开始功率转换器的操作时，由于功率转换器负载侧和/或缓冲器侧的低电压，可以观察到过电流。一种简单的解决方案是在启动过程中控制电源桥接器的占空比。同时，负载桥接器和缓冲器桥接器是未控制的并且作为整流器操作。通过利用开环控制逐渐增加占空比，可以将负载侧电容器和/或缓冲器缓慢地充电到特定的电压电平。然后闭环控制可以接管对输出电压的调整。
在一个实施例中，通过控制桥接器在相对较高的频率下操作，克服了启动时的过电流的缺陷。由于高频率，可以传输较小的功率，由此限制了电流。再一次地，一旦达到特定的电压电平，则可以将频率(可能逐渐地)降低到预定义的操作频率。
在本发明的一个方面，提供了一种配置为根据本发明的方法操作的功率转换器。
附图说明
在下文中，通过参考附图，阐明了根据本发明的方法和功率转换器，并且描述了其另外的方面、特征和优点，在附图中：
图1示出了双有源桥接器功率转换器；
图2示出了施加到根据本发明操作的图1中的双有源桥接器功率转换器的变压器绕组上的矩形脉冲波电压；
图3示出了三有源桥接器功率转换器；
图4示出了施加到根据本发明操作的图3中的三有源桥接器功率转换器的变压器的绕组上的一组矩形脉冲波电压；
图5示出了依照本发明的方法的用于操作功率转换器的控制方案；
图6a～6b示出了使用传统方法和使用根据本发明的方法操作功率转换器的模拟曲线图；并且
图7a～7c示出了使用根据本发明的方法操作功率转换器的实验曲线图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的双有源桥接器功率转换器10的实施例。功率转换器10包括：第一端口20，其包括端口接线端21和22；第一桥接电路30，其包括开关31～34和节点35、36。功率转换器10的变压器40包括具有第一匝数N1的第一绕组41和具有第二匝数N2的第二绕组43。功率转换器10进一步包括：第二桥接电路50，其包括开关51～54和节点55、56；以及第二端口60，其包括端口接线端61和62。
电源70可以耦合到端口接线端21和22。在操作中，可以将源电压Vs施加到端口接线端21和22。负载80可以耦合到端口接线端61和62。在操作中，负载电压V1可以在端口接线端61和62之间呈现。而且，在操作中，第一矩形脉冲波电压Vw1可以在节点35和36之间呈现，即在变压器40的第一绕组41上呈现，并且第二矩形脉冲波电压Vw2可以在节点55和56之间呈现，即在变压器40的第二绕组43上呈现。
图2示出了具有第一占空比D1的矩形脉冲波电压信号S1和具有第二占空比D2的矩形脉冲波电压信号S2。示出了矩形脉冲波电压信号S1和矩形脉冲波电压信号S2之间的相移12以及参考线6。而且，指出了时段T1和T2以及源电压电平Vs、负载电压电平V1和最小操作负载电压V1，min。
电压信号S1是具有两个电压电平Vs和-Vs的方波电压。因此，其中电压信号S1处于电平Vs(或者-Vs)的时期是方波信号的半周期。根据在这里使用的占空比的定义，即其中电压信号是非零(因此等于Vs或者-Vs)的半周期时段相对于半周期时段，占空比D1是1。电压信号S2的占空比D2等于T2相对于T1与T2的和(即，半周期时段)：
D2＝T2/(T1+T2). (1)
现在参考图1和图2，例如，由于电源70具有慢的瞬态响应，因此假设源电压Vs基本上是恒定的。负载电压V1可以在相对较宽的范围上动态改变。根据负载80的最小操作电压V1，min设计变压器匝数比N1/N2：
N1/N2＝Vs/V1，min. (2)
可以根据端口20和60上的实际电压调节占空比D1和D2。对于基本上恒定的源电压，源占空比D1被设计为1，而负载占空比D2取决于实际负载电压V1和最小操作电压V1，min：
D1＝1； (3)
D2＝V1，min/V1.
如果根据式(3)控制占空比D1、D2，则在半个开关周期上施加到变压器40的矩形脉冲波的正(或负)部分的对应的半周期电压-时间积分相等：
Vs*D1＝(N1/N2)*V1*D2 (4)
因此可与通过根据式(3)调节占空比D2来补偿负载电压V1的变化。如上文所述控制双有源桥接器功率转换器10扩展了功率转换器10的软开关范围。
图3示出了根据本发明的三有源桥接器功率转换器110的实施例。功率转换器110包括：第一端口120，其包括端口接线端121和122；第一桥接电路130，其包括开关131～134和节点135、136。变压器140包括：具有第一匝数N1的第一绕组141；具有第二匝数N2的第二绕组142；第二桥接电路150，其包括开关151～154和节点155、156；以及第二端口160，其包括端口接线端161和162。而且，变压器140包括：具有第三匝数N3的第三绕组143；第三桥接电路190，其包括开关191～194和节点195、196；以及第三端口200，其包括连接器201和202。
电源170可以耦合到端口接线端121和122。在操作中，可以将源电压Vs施加到端口接线端121和122。负载180可以耦合到端口接线端161和162。在操作中，负载电压V1可以在端口接线端161和162之间呈现。而且，在操作中，第一矩形脉冲波电压Vw1可以在节点135和136之间呈现，即在变压器140的第一绕组141上呈现，并且第二矩形脉冲波电压Vw2可以在节点155和156之间呈现，即在变压器140的第二绕组142上呈现。
能量缓冲器(比如电容器210)耦合到端口接线端201和202。在操作中，缓冲器电压Vb可以在端口接线端201和202上呈现。第三矩形脉冲波电压Vw3可以在节点195和196之间呈现。
图4示出了具有源占空比D1的源矩形脉冲波电压信号S1、具有负载占空比D2的负载矩形脉冲波电压信号S2、和具有缓冲占空比D3的缓冲器矩形脉冲波电压信号S3。占空比的定义如参考图2描述的。示出了矩形脉冲波电压信号S1和矩形脉冲波电压信号S2之间的相移12以及矩形脉冲波电压信号S1和矩形脉冲波电压信号S3之间的相移13以及参考线6。而且，指出了源电压电平Vs、负载电压电平V1和最小操作负载电压V1，min，以及最小缓冲器电压Vb，min和缓冲器电压Vb。
源电压信号S1是具有两个电压电平Vs和-Vs的方波电压，源占空比D1是1。假设电源170具有慢的瞬态响应，并因此适于提供基本上恒定的功率。
负载电压信号S2的负载占空比D2被选择为1，其适用于具有基本上恒定的操作电压的负载。因此，在图3的示例性实施例中，假设操作负载电压V1基本上恒定并且等于V1，min。由于负载电压V1不变，因此在功率转换器110的负载侧不需要占空比控制。相移12确定了传输到负载180的功率量。
能量缓冲器210被选择为电容器，优选地是具有相对较大的电容的电容器。在本领域中，这种电容器可被称为超级电容器。然而，在特定的实施例中，其他设备或设置(比如电容器排)可以用作能量缓冲器。电容器的优点在于，荷电状态是其电压的简单函数。通常，电容器是用于瞬态能量存储的适当设备。由于荷电状态和电压之间的耦合，图3的示例性实施例中的电容器具有广泛变化的电压。为了克服变化电压的问题，三有源桥接器功率转换器110可以按照本发明进行操作：可以使用占空比控制来控制能量缓冲器210。
占空比控制的目的在于使变压器绕组上的矩形脉冲波的正(或负)部分的半周期电压-时间积分基本上相等。匝数N1、N2和N3被选择为：
N1/N2＝Vs/V1；和
N1/N3＝Vs/Vb，min (5)
应当注意，为了便于说明图3中示出的电压电平，假设N1＝N2＝N3。在下文中，遵守该假设。
缓冲器占空比D3被控制为：
D3＝Vb，min/Vb (6)
并且因此，由式(5)和(6)，其中N1＝N2＝N3：
Vs*D1＝V1*D2＝Vb*D3 (7)
根据本发明的操作方法控制负载相移12和缓冲器相移13，从而使得从电源170汲取的功率基本上恒定，并且向负载180提供其需要的功率。如果负载180消耗的功率少于从电源170汲取的功率，则缓冲器210存储临时的剩余功率；并且如果负载180消耗的功率大于从电源170汲取的功率，则缓冲器210提供临时的额外功率。
可以示出例如使用主要提及的简化的π模型，其中特别是由于具有变化电压的设备耦合到的端口上的占空比控制，根据本发明的控制方法实现了在功率转换器110的整个操作范围中的软开关。
在图3的示例性实施例中，所有的桥接器均示出为包括四个开关的全桥。然而，耦合到未执行占空比控制的绕组的桥接器，可以是仅包括两个开关的半桥。因此，在图3的示例性实施例中，桥接器130和桥接器150可被实现为半桥，而由于对绕组143上的矩形脉冲波电压的占空比控制，桥接器190需要是全桥。
而且，在图4的示例性实施例中，假设负载操作电压是恒定的，即被调整为恒定的，并且假设由源170提供的电压是恒定的。由于这些假设，在与其耦合的端口上不需要占空比控制。然而，功率转换器110可被设计为在所述端口上执行占空比控制，以允许所述端口处的变化电压。例如，如果电源110是燃料电池，则由该燃料电池提供的功率可能低于额定功率。在这种情况中，端口120上的电压将因此是较高的。通过控制桥接器130对绕组141施加占空比控制，从而使燃料电池能够在不同的功率电平下操作。
本领域的技术人员易于理解的是，图3和4的实施例可以扩展到具有多于三个有源桥接器和端口的功率转换器。类似地在电压可以变化的端口处使用占空比控制来控制功率转换器，可以在整个操作范围中实现软开关。在这种N端口变压器耦合的多有源桥接器DC/DC转换器中，调整至少一个输出端口电压，例如负载端口。这意味着，该端口的DC电压保持恒定。因此，该端口总是在方波模式下操作(占空比＝1)。仅具有一个电压调整端口是最差情况；如果两个或更多端口的电压保持恒定，则开关状态甚至是更好的。可以类似于式(2)和(5)，根据每个端口上的最小操作电压来设计变压器匝数比。类似于式(3)和(6)，根据端口电压来控制绕组上的电压的占空比，从而满足类似式(4)和(7)的条件。
图5示出了依照本发明的用于操作功率转换器110的控制器300的示意图。控制器300包括求和设备310，将所需的操作负载电压V1，op301和实际负载电压V1 302提供给该求和设备310。实际负载电压3 02在功率转换器110的负载端口处确定。求和设备310向第一比例积分器(PI)电路320提供负载电压差信号311。第一PI电路320向限制电路330输出第一积分电压差信号321，该限制电路330将受限的积分电压差信号331提供给适当的控制电路340，诸如相移调制器，该受限的积分电压差信号331表示负载相移12。
控制器300进一步包括求和设备350，将预先定义的所需源功率信号303和实际的源功率304提供给该求和设备350。实际的源功率304通过使实际的电源电压306与实际的电源电流307相乘而确定，实际的电源电压306与实际的电源电流307是在功率转换器110的电源端口处确定的。求和设备350向第二比例积分器(PI)电路360输出功率差信号351。第二PI电路360向限制电路370输出第二积分功率差信号361，该限制电路370将表示缓冲器相移13的受限的积分功率差信号371提供给处理单元380。处理单元380还从占空比控制器390接收占空比信号391。占空比控制器390将缓冲器占空比D3确定为缓冲器电压305的函数，该缓冲器电压305在功率转换器110的缓冲器端口处确定。
处理单元380确定第一和第二控制信号381、382。将第一和第二控制信号381、382提供给适当的控制电路340。如下文将解释的，可以省略处理单元380或者将其并入控制电路340，在该情况中将受限的积分信号371和占空比信号391直接提供给控制电路340。
控制电路340输出开关控制信号341-1～341-N，其中N等于功率转换器110的桥接器的开关数目。将开关控制信号341提供给功率转换器110的开关，以便依照相移12和13以及由控制器300确定的占空比D3来操作桥接器。
在图5的示例性实施例中，由SOC控制器400控制所需的源功率303，以响应于耦合到功率转换器110的缓冲器的荷电状态(SOC)。此外，向SOC控制器400提供实际的缓冲器电压305，其指示缓冲器(例如，该缓冲器是电容器)的荷电状态。
控制器300的功能对于本领域的技术人员是显而易见的。在功率转换器110中测量或者确定负载电压、源电压、源电流和缓冲器电压，并且将其作为输入提供给控制器300。利用求和设备310从预先定义的所需负载电压301中减去负载电压302。将得到的负载电压差信号311提供给第一比例积分器(PI)电路320。如果负载电压差是零，因此实际的负载电压302等于预先定义的所需负载电压301，则第一PI电路320的输出保持恒定。然而，如果负载电压差不是零，则第一PI电路320的输出改变，直至负载电压差信号311表示为零的负载电压差。限制电路330限制控制电路340的输入，使其位于预先定义的范围内。由于限制电路330仅在所述输出321表示由于异常环境引起的过量值时改变第一PI电路320的输出321，因此可以将其省略。控制电路340使用表示负载相移12的限制电路330的输出331来控制功率转换器110的电源端口桥接器的开关和负载端口桥接器的开关以进行开关，从而使得变压器的各个绕组上的矩形脉冲波电压具有所需的相移12。
类似地，将由第二求和设备350根据预先定义的所需功率303和实际的功率304确定的功率差信号351提供给第二PI电路360和第二限制电路370。将得到的受限积分功率差信号371提供给处理单元380。处理单元380进一步从占空比控制器390接收占空比信号391，占空比控制器390基于实际的缓冲器电压305依照式(6)确定占空比D3。
在图5的示例性实施例中，处理单元380配置为依照下式确定提供给变压器的各个绕组的矩形脉冲波电压的第一边沿的第一相移A和第二边沿的第二相移B：
A＝13+(π/2)*D3；和
B＝13+(π/2)*(2-D3) (8)
得到的控制信号381、382使得能够容易地操作控制电路340，以控制功率转换器桥接器的开关，从而使得耦合到缓冲器的绕组上的矩形脉冲波电压具有确定的缓冲器相移13和确定的占空比D3。然而，如果控制电路340配置为根据受限的积分功率差信号371和占空比信号391确定正确的开关时刻，则可以将所述371和391直接提供给控制电路340。
如上文所提及的，图5的实施例包括SOC控制器400。如果表示出缓冲器的荷电状态(SOC)的缓冲器电压305到达预先定义的操作范围以外(例如，在范围[Vb，min，2*Vb，min]以外)，则可以改变所需的源功率303。通过改变所需的源功率303，将控制功率转换器110以便从电源汲取改变的功率量。来自电源的改变的功率量使缓冲器能够充电或放电，直至荷电状态再次处于优选的范围。
图6a和6b示出了模拟结果。在图6a中示出了六个曲线图。纵轴表示电压和/或电流；横轴表示时间。第一曲线图V1示出了变压器的源绕组上的矩形脉冲波电压，而第二曲线图I1示出了所述绕组上的对应的电流。第三和第四曲线图V2、I2表示负载绕组上的矩形脉冲波电压和电流。第五和第六曲线图V3、I3表示缓冲器绕组上的矩形脉冲波电压和电流。由“●”表示的开关时刻出现在实现软开关的时刻。图6b示出了在不使用根据本发明的占空比控制的情况下用于操作功率转换器的相似的六个曲线图V1～V3、I1～I3。由图6b，硬开关出现在由“◆”表示的开关时刻(在功率转换器的源侧和负载侧)。软开关仅出现在功率转换器的缓冲器侧(由“●”表示)。
图7a～7c示出了实验结果。图7a示出了三个曲线图。纵轴表示电压，而横轴表示时间。第一曲线图V1表示根据本发明操作的三有源桥接器功率转换器的变压器绕组上的源电压。第二曲线图V2表示所述变压器的各个绕组上的负载电压，而第三曲线图表示所述变压器的各个绕组上的缓冲器电压。源电压V1和负载电压V2是具有占空比为1的方波电压。依照本发明进行占空比控制的缓冲器电压V3具有约0.75的占空比。负载电压相对于源电压V1具有约0.35rad的负载相移。缓冲器电压相对于源电压V1具有约0.17rad的缓冲器相移。
图7b示出了三个曲线图。纵轴表示电流，而横轴表示时间。所示出的曲线图是对应于图7a中示出的各个电压的电流。电流I1～I3示出了取代硬开关出现的软开关。因此，该实验结果对应于图6a中示出的模拟结果。
图7c示出了另外的实验结果。示出了四个曲线图。纵轴表示电流和/或电压，而横轴表示时间。
第一曲线图V1表示功率转换器的绕组上的负载电压。第二曲线图I2表示源电流；第三曲线图表示负载电流；而第四曲线图表示缓冲器电流。如在图7c中看到的，负载电压V1基本上及时恒定，而负载电流I2在短的时段上进入到较高的值。因此，在所述短的时段中，由负载消耗的功率较高。源电流I1基本上及时恒定，并且由于源电压是恒定的，因此从源汲取的功率及时恒定，并且因此不受负载功耗的临时增加的影响。由第四曲线图I3可以看到，从缓冲器汲取由负载消耗的额外功率。
Claims (15)
1.用于将第一DC电压转换为第二DC电压的方法，该方法包括：
-使用包括第一数目的开关的第一桥接电路将该第一DC电压转换为第一AC电压；
-将该第一AC电压变换为第二AC电压；
-使用包括第二数目的开关的第二桥接电路将该第二AC电压转换为第二DC电压；
其中该方法进一步包括：
-控制第一和第二AC电压的相位之间的相移；以及
-控制第一和第二AC电压中的至少一个的占空比，使得所述第一和第二桥接电路的开关是软开关的。
2.根据权利要求1的方法，其中变换步骤进一步包括，将第一AC电压变换为第三AC电压，并且该方法包括：
-使用包括第三数目的开关的第三桥接电路将该第三AC电压转换为第三DC电压；
-控制第一和第三AC电压的相位之间的相移；以及
-控制第一、第二和第三AC电压中的至少一个的占空比，使得所述第一、第二和第三桥接电路的开关是软开关的。
3.根据权利要求1或2的方法，其中控制至少一个AC电压的占空比包括：控制所述占空比，使得所述至少一个AC电压的半周期电压-时间积分等于至少一个另外的AC电压的半周期电压-时间积分。
4.用于在软开关范围中操作DC/DC功率转换器的方法，用于在多个设备之间交换功率，该多个设备至少包括电源和负载，
该功率转换器包括变压器，该变压器具有至少两个绕组，并且该功率转换器进一步包括至少两个桥接电路和至少两个端口，每个端口可连接到其中一个所述设备，并且每个端口通过各个桥接电路耦合到所述变压器的各个绕组，每个桥接电路包括多个可控开关；该方法包括：
-在每个桥接电路处生成AC电压，所述AC电压被施加到所述变压器的各个绕组；
-控制每个绕组上的每个AC电压的相位之间的相移，以便控制耦合到所述端口的所述设备之间的功率传输；以及
-控制绕组上的至少一个AC电压的占空比，以使绕组上的所述AC电压适应耦合到所述绕组的端口上的所需电压，并且使绕组上的所述AC电压适应至少一个另外的绕组上的AC电压。
5.根据权利要求4的方法，其中该至少一个AC电压是矩形脉冲波电压。
6.根据权利要求4或5的方法，其中控制绕组上的电压的占空比包括：控制所述占空比，使得所述绕组上的所述电压的半周期电压-时间积分等于所述至少一个另外的绕组上的电压的半周期电压-时间积分。
7.根据权利要求5的方法，其中电源具有相对较慢的瞬态响应，并且该多个设备进一步包括作为能量缓冲器的电容器，该方法包括：
-控制耦合到电容器的绕组上的电压的缓冲器占空比，以便使绕组上的所述电压适应电容器的电压。
8.根据权利要求7的方法，其中该方法包括：
确定
-耦合到负载的绕组上的电压的相位和耦合到电源的绕组上的电压的相位之间的负载相移；以及
-耦合到电容器的绕组上的电压的相位和耦合到电源的绕组上的电压的相位之间的缓冲器相移；
从而使得从该电源汲取的功率基本上是恒定的；
-确定耦合到电容器的绕组上的电压的缓冲器占空比，使得所述绕组上的所述矩形脉冲波电压的半周期电压-时间积分等于另一绕组上的电压的半周期电压-时间积分；
-根据所确定的负载相移、缓冲器相移和缓冲器占空比，控制每个桥接电路的开关。
9.根据权利要求8的方法，该方法包括
-确定耦合到电源的绕组上的电压的源占空比，使得所述绕组上的所述电压的至少一部分的半周期电压-时间积分等于耦合到负载的绕组上的电压的至少一部分的半周期电压-时间积分；以及
-根据所确定的负载相移、缓冲器相移、缓冲器占空比和源占空比，控制每个桥接电路的开关。
10.根据权利要求8的方法，其中确定负载相移的步骤包括：
-确定负载电压和预先定义的所需负载电压之间的负载电压差；以及
-响应于所述负载电压差确定所述负载相移。
11.根据权利要求8的方法，其中确定缓冲器相移的步骤包括：
-确定从电源汲取的功率和预先定义的所需源功率之间的功率差；以及
-响应于所述功率差确定所述缓冲器相移。
12.根据权利要求11的方法，其中控制该预先定义的所需源功率进行改变，以便对该电容器进行充电或放电。
13.根据权利要求7的方法，其中该方法包括启动功率转换器的步骤，该启动步骤包括：控制源占空比使其逐渐增加，同时耦合到负载和电容器的桥接电路作为整流器进行操作，由此逐渐增加从电源到其他设备的功率传输。
14.根据权利要求7的方法，其中该方法包括启动功率转换器的步骤，该启动步骤包括：控制桥接器以便在相对较高的频率下进行操作，由此实现相对较低的功率传输。
15.DC/DC功率转换器，包括变压器，该变压器具有至少两个绕组，并且该功率转换器进一步包括至少两个桥接电路和至少两个端口，每个端口可连接到其中一个所述设备，并且每个端口通过各个桥接电路耦合到所述变压器的各个绕组，每个桥接电路包括多个可控开关，每个开关操作地连接到控制器，该控制器配置为根据前面任一项权利要求的方法控制开关。
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