CN102428637A - 用于控制由多个桥接器件构成的升压转换器的输出电压的方法和设备 - Google Patents

用于控制由多个桥接器件构成的升压转换器的输出电压的方法和设备 Download PDF

Info

Publication number
CN102428637A
CN102428637A CN2010800177783A CN201080017778A CN102428637A CN 102428637 A CN102428637 A CN 102428637A CN 2010800177783 A CN2010800177783 A CN 2010800177783A CN 201080017778 A CN201080017778 A CN 201080017778A CN 102428637 A CN102428637 A CN 102428637A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ref
time interval
voltage
switch
equals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010800177783A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102428637B (zh
Inventor
G.比亚蒂
T.卡瓦卡米
T.奥库达
N.瓦耶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Mitsubishi Electric R&D Centre Europe BV Netherlands
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Mitsubishi Electric R&D Centre Europe BV Netherlands
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp, Mitsubishi Electric R&D Centre Europe BV Netherlands filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of CN102428637A publication Critical patent/CN102428637A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102428637B publication Critical patent/CN102428637B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582Buck-boost converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381Dispersed generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007Plural converter units in cascade
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于控制由串联连接的n个桥接器件(B,B2,B3)构成的升压转换器的输出电压的设备,每个桥接器件由多个开关(S11,S12,S21,S22,S31,S32)以及电容器(C1,C2,C3)构成。所述设备包括用于根据被分解成N个时间间隔的一个周期性模式来控制所述开关的装置,以及在每个时间间隔内,对于i从1到n,每个第i桥接器件的输入与输出(B,B2,B3)之间的电压等于零值、或者数ki乘以正值、或者负的所述数ki乘以所述正值,所述正值是由n个桥接(B1,B2,B3)器件构成的所述升压转换器的输出电压除以所述周期性模式的时间间隔的数目的结果。

Description

用于控制由多个桥接器件构成的升压转换器的输出电压的方法和设备
本发明总体上涉及用于控制由多个桥接器件构成的升压转换器的输出电压的方法和设备。
传统的DC/DC转换器使用电感器以便把直流电从第一电压转换到可能大于或小于第一电压的第二电压。
电感器被用于以磁场(电流)的形式存储能量,以及它们具有许多缺点。电感器重,它们的成本相对较大,这是因为它们主要由铜制材料构成。
已经提出了开关与电容器的组合以便替代电感器。
举例来说,电荷泵(也被称作由多个桥接器件构成的DC/DC转换器或升压转换器)使用电容器作为能量存储元件。当与电感性开关DC/DC转换器(其也将电感器用作能量存储元件)相比时,电荷泵提供使其对于特定终端用户应用具有吸引力的独特特征。
当操作在连续电流模式(CCM)时,升压转换器按照比r=Vout/Vin=1/(1-D)来增大输入的电压,其中D是升压转换器的主开关的占空比(在0与1之间)。
常规升压转换器与由多个桥接器件构成的升压转换器之间的主要差异依赖于下述事实:后者只能实现电压升压比的一些离散值。
举例来说,在光伏应用中,大的输入电压变化对于由多个桥接器件构成的升压转换器来说可能是不可接受的,这是因为太阳能模块所提供的功率无法被保持到对应于最优输入电压电平的最大功率值。
本发明旨在提供一种由多个桥接器件构成的升压转换器,其能够利用大量电压升压比来工作。
为此,本发明涉及一种用于控制由串联连接的n个桥接器件构成的升压转换器的输出电压的方法,每个桥接器件由多个开关以及电容器构成,其特征在于,所述方法包括根据被分解成N个时间间隔的周期性模式来控制所述开关的步骤,以及在每个时间间隔内,对于i从1到n,每个第i桥接器件的输入与输出之间的电压等于零值、或者数ki乘以正值、或者负的所述数ki乘以所述正值,以及所述正值是由n个桥接器件构成的所述升压转换器的输出电压除以所述周期性模式的时间间隔的数目的结果。
本发明还涉及一种用于控制由串联连接的n个桥接器件构成的升压转换器的输出电压的设备,每个桥接器件由多个开关以及电容器构成,其特征在于,所述设备包括用于根据被分解成N个时间间隔的一个周期性模式来控制所述开关的装置,以及在每个时间间隔内,对于i从1到n,每个第i桥接器件的输入与输出之间的电压等于零值、或者数ki乘以正值、或者负的所述数ki乘以所述正值,所述正值是由n个桥接器件构成的所述升压转换器的输出电压除以所述周期性模式的时间间隔的数目的结果。
因此,由n个桥接器件构成的所述升压转换器可以利用大量电压升压比来工作。
此外,由于所述正值是输出电压的期望值除以所选模式的时间间隔的数目的结果,因此能够容易地从期望输出电压电平确定所述正值。随后能够容易地从所述正值选择适当的输入电压电平。
根据一个特定特征,第i个桥接器件在所述周期性模式的第j个时间间隔期间的输入与输出之间的电压的矩阵Vij的秩是rk,rk是在所述周期性模式期间具有至少一个非零电压值的桥接器件的数目。
因此,桥接器件电容器的电压收敛到唯一解,并且即使在设置时间间隔的持续时间的过程中可能发生小的不确定性也是稳定的。
根据一个特定特征,桥接器件在一个周期性模式的所述数目的时间间隔上的输入与输出之间的电压总和等于零值。
因此,在一个周期性模式上,由恒流源(比如光伏模块)递送的电流对桥接器件的电容器均等地充电及放电,并且在假定恒定的电流源的情况下,电容器的电压是稳定的并且不放电。
根据一个特定特征,第一桥接器件被连接到由n个桥接器件构成的升压转换器所升压的电源的端子之一,并且最后一个桥接器件的开关之一被连接到由n个桥接器件构成的升压转换器所升压的该电源的另一端子,或者第一桥接器件被连接到由n个桥接器件构成的升压转换器所升压的电源的端子之一,并且由n个桥接器件构成的所述升压转换器还包括至少开关,所述开关被连接到最后一个桥接器件并且被连接到由n个桥接器件构成的升压转换器所升压的该电源的另一端子。
因此,所述周期性模式能够被设计成使得,桥接器件在每个时间间隔期间的输入与输出之间的电压总和可以被布置为在第一正值的7倍与负7倍之间包括的任何整数。由n个桥接器件构成的升压转换器能够将其输入和输出功率电平适配到灵活数目的输入和输出电压电平。
根据一个特定特征,对于所述周期性模式的时间间隔的第一子集中的任何时间间隔,连接到由n个桥接器件构成的升压转换器所升压的所述电源的另一端子的开关在第一子集的时间间隔期间导通,并且桥接器件在第一子集的时间间隔期间的输入与输出之间的电压总和等于整数Kp乘以第一正值。
因此,当主开关导通时,输入电压Vin能够取Vout乘以Kp并且除以N的值。
根据一个特定特征,对于一个周期性模式的时间间隔的第二子集中的任何时间间隔,连接到由n个桥接器件构成的升压转换器所升压的所述电源的另一端子的开关在第二子集的时间间隔期间不导通,并且桥接器件在第二子集的时间间隔期间的输入与输出之间的电压总和等于负的非零整数P乘以第一正值。
因此,当主开关不导通时,输入电压Vin能够取Vout乘以(N-P)并且除以N的值。
根据一个特定特征,时间间隔的第二子集包括Kp个时间间隔,第一子集包括P个时间间隔,并且数目Kp等于所述周期性模式的时间间隔的数目减去数目P。
因此,输入电压Vin在所述模式的所有时间间隔处能够取Vout乘以N-P并且除以N的值,并且由n个桥接器件构成的升压转换器能够执行等于N除以N-P的升压比,其中N和P能够被灵活选择以便实现所期望的升压比。结果,利用由n个桥接器件构成的升压转换器所能实现的升压比的数目增大很多。随着升压比数目的增大,于是更容易实现对输出电压的调节。
根据一个特定特征,所选模式由周期性模式的时间间隔中的排列(permutation)给出。
因此,通过对应于一个电容器的充电和放电交错时间间隔,有可能通过增大电容器的充电周期的频率而限制由于这些充电和放电所导致的电压纹波。引人注意的是,这对于由n个桥接器件构成的升压转换器的效率以及对于电源质量将具有影响。
举例来说,光伏源将提供更多功率,这是因为输入电压围绕最大功率点(MPP)没有过多变化。
此外,通过收集对应于一个电容器的充电和放电的时间间隔,有可能限制在所述模式的持续时间期间的开关激活的次数,并且能够减少由于开关激活而导致的换向损失。
根据一个特定特征,对于i从1到n,每个数ki等于2的i减1次方。
因此,在数学上有可能总是确定对应于任何升压比N/(N-P)的满秩矩阵,其中N小于或等于2的n次方,P小于N。
根据一个特定特征,n等于3,k1等于1,k2等于2,k3等于4。
因此,对于仅仅3个比特,有可能实现多达21个占空比,其中包括升压比10/7和10/3,N超出2的n次方。
根据一个特定特征,n等于4,k1等于1,k2等于1,k3等于1,并且k4等于4。
因此,与k1等于1、k2等于2、k3等于4的情况相比有可能实现更多升压比,同时把具有大额定电压的桥接器件的电容器的数目限制到一而不是二。降低了制造成本。
另外,能够实现附加的升压比,比如9/7、9/6、9/3和9/2,同时把桥接器件的电容器的电压保持到稳定值。
根据一个特定特征,所述方法还包括根据由n个桥接器件构成的升压转换器的输出电压的期望值在多个已存储的周期性模式当中选择一个模式的步骤。
因此,由n个桥接器件构成的升压转换器能够把从给定周期性模式得到的升压比适配到最佳地匹配输出电压需求(例如消耗由n个桥接器件构成的升压转换器所递送的功率的负载端子的输出电压需求)的升压比。
根据一个特定特征,时间间隔的数目是在5到10之间包括的整数。
因此,由n个桥接器件构成的升压转换器能够执行等于10/3和10/7的升压比。利用由n个桥接器件构成的升压转换器所能实现的升压比的数目增加了两个。
因此,由n个桥接器件构成的升压转换器能够执行等于8/1、8/2、8/3、8/4、8/5、8/6和8/7的升压比。利用由n个桥接器件构成的升压转换器所能实现的升压比的数目增加了8个。
因此,由n个桥接器件构成的升压转换器能够执行等于7/1、7/2、7/3、7/4、7/5和7/6的升压比。利用升压转换器所能实现的升压比的数目增加了6个。
因此,由n个桥接器件构成的升压转换器能够执行等于6/1和6/5的升压比。利用由n个桥接器件构成的升压转换器所能实现的升压比的数目增加了3个。
因此,由n个桥接器件构成的升压转换器能够执行等于5/1、5/2、5/3和5/4的升压比。利用由n个桥接器件构成的升压转换器所能实现的升压比的数目增加了4个。
利用由n个桥接器件构成的升压转换器所能实现的升压比的数目变得非常大。对于光伏源,由n个桥接器件构成的升压转换器能够容易地将其升压比适配到对于给定的最大功率点输入电压所需的任何值,以便满足输出电压调节约束。
通过阅读下面对示例实施例的描述,本发明的特征将更清楚地呈现出来,所述描述是参照附图进行的,其中:
图1a是由3个桥接器件构成的升压转换器的第一实例;
图1b是由3个桥接器件构成的升压转换器的第二实例;
图1c是由4个桥接器件构成的升压转换器的第三实例;
图1d是由4个桥接器件构成的升压转换器的第四实例;
图2表示包括由n个桥接器件构成的升压转换器的器件的实例;
图3a表示一个表格,该表格表示当升压转换器包括3个桥接器件时能够根据本发明提供的不同升压比;
图3b表示一个表格,该表格表示当升压转换器包括4个桥接器件时能够根据本发明提供的不同升压比;
图4a表示一个表格,该表格表示由3个桥接器件构成的升压转换器的第一实例的各开关的切换状态,以便在由3个桥接器件构成的升压转换器的各桥上获得不同电压;
图4b表示一个表格,该表格表示由3个桥接器件构成的升压转换器的第二实例的各开关的切换状态,以便在由3个桥接器件构成的升压转换器的各桥上获得不同电压;
图4c表示一个表格,该表格表示由4个桥接器件构成的升压转换器的第三实例的各开关的切换状态,以便在由4个桥接器件构成的升压转换器的各桥上获得不同电压;
图4d表示一个表格,该表格表示由4个桥接器件构成的升压转换器的第四实例的各开关的切换状态,以便在由4个桥接器件构成的升压转换器的各桥上获得不同电压;
图5a到5h是为了在周期性模式被分解成8个时间间隔时具有不同升压比的、由3个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例;
图6a到6f是为了在周期性模式被分解成7个时间间隔时具有不同升压比的、由3个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例;
图7a和7b是为了在周期性模式被分解成10个时间间隔时具有不同升压比的、由3个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例;
图8a到8c是为了在周期性模式被分解成6个时间间隔时具有不同升压比的、由3个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例;
图9a到9d是为了在周期性模式被分解成5个时间间隔时具有不同升压比的、由3个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例;
图10a和10b是为了在周期性模式被分解成10个时间间隔时具有不同升压比的、由4个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例;
图11a到11d是为了在周期性模式被分解成9个时间间隔时具有不同升压比的、由4个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例;
图12a到12g是为了在周期性模式被分解成8个时间间隔时具有不同升压比的、由4个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例;
图13a到13f是为了在周期性模式被分解成7个时间间隔时具有不同升压比的、由4个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例;
图14a和14b是为了在周期性模式被分解成6个时间间隔时具有不同升压比的、由4个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例;
图15是对于由多个桥接器件构成的升压转换器根据本发明获得的传递函数曲线的实例;
图16是用于确定必须对由桥接器件构成的升压转换器使用哪些开关命令的算法的实例。
图1a是由3个桥接器件构成的升压转换器的第一实例。
由3个桥接器件构成的升压转换器也被称为无电抗器升压转换器,在这里被称为RLBC。
基本上,串联连接的“n”个桥接器件替代了常规的DC/DC升压转换器的电感器。每个桥接器件由4个开关以及电容器构成,正如图1a中所示出的那样。这里必须注意,两个开关可以具有充当开关的二极管的形式。这一单独的桥结构也被称为“比特”。由3个桥接器件构成的升压转换器还包含输出级,其包括二极管D4和开关S4。
在图1a中,3个比特或桥接器件B1、B2和B3被示出并被串联连接;第三比特B3被连接到输出级。
通过需要多少比特B1就复制多少比特B1,能够获得由更多桥接器件构成的升压转换器,正如下面将在图1c和1d中所公开的那样。
比特B1由两个二极管D11和D12、两个开关S11和S12以及一个电容器C1构成。
比特B2由两个二极管D21和D22、两个开关S21和S22以及一个电容器C2构成。
比特B3由两个二极管D31和D32、两个开关S31和S32以及一个电容器C3构成。
所述输出级还被连接到电容器CL。
对于i=1、2或3的每个比特Bi,二极管Di1的阳极被链接到开关Si1的第一端子。Di1的阴极被链接到开关Si2的第一端子并且被链接到电容器Ci的正端子。开关Si1的第二端子被链接到电容器Ci的负端子并且被链接到二极管Di2的阳极。二极管Di2的阴极被链接到开关Si2的第二端子。
电DC提供装置(像光伏元件PV)提供输入电压Vin。电DC提供装置的正端子被连接到二极管D11的阳极。
二极管D12的阴极被连接到二极管D21的阳极。
二极管D22的阴极被连接到二极管D31的阳极。
二极管D32的阴极被链接到开关S4的第一端子并且被链接到二极管D4的阳极。D4的阴极被链接到电容器CL的正端子。开关S4的第二端子被链接到电容器CL的负端子并且被链接到电DC提供装置的负端子。
电容器CL上的电压等于Vout。
B1的输入与输出之间的电压差被称为Vb1,B2的输入与输出之间的电压差被称为Vb2,并且B3的输入与输出之间的电压差被称为Vb3。
C1中的电压差被称为Vc1,C2中的电压差被称为Vc2,并且C3中的电压差被称为Vc3。
常规升压转换器与RLBC之间的主要差异依赖于下述事实:后者只能实现电压升压比(并且因而占空比D的值,其中比=1/(1-D))的一些离散值,其取决于可用“比特”的数目。升压比的离散值的这一数目遵循以下法则:
nratios=2n
其中,“nratios”是可能的升压比(或占空比)的总数,并且“n”是串联连接的比特的数目。
在每个比特中施加的电压值可以遵循以下法则:
其中,“Vout”是经升压的输出电压。按照类似的方式,可能的比并且因此占空比(D)遵循以下法则:
Figure DEST_PATH_IMAGE004
最后,为了获得恒定的输出电压,有可能具有“nratios”个不同的输入电压,其将遵循以下法则:
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为了确保转换器的正确操作,对于所有这些“nratios”可能性,遵循以下关系:
Figure DEST_PATH_IMAGE008
对于图1a和1b的n=3比特的情况,[Vc1:Vc2:Vc3]=[1:2:4]Vref。
每个桥Bi的各开关的切换模式被定义以便在该桥的各连接器处提供等于+Vci、-Vci或0的电压Vbi,其中Vci是电容器Ci的电压。此外,每个比特Bi的切换模式在时间上被定义为主开关周期T=1/f的一连串的2n个相等的子周期ΔT。具有[1:2:4]配置的RLBC具有几个缺点。
在这种情况下,只能实现“2n”个可能的离散比/占空比。对于n=3比特的情况,只可能有8个不同的升压比。因此,对输出电压的调节变得难以实现。由于无法平滑地选择占空比,因此对于给定的输入电压范围必须在一个相当大的范围内调节输出电压。然而,升压转换器的输出电压范围对于特定应用(比如逆变器)不能为大的。
Vci电压是对于每个离散占空比确定性地定义的(Vci=2i-1*Vout/2n)。这在设计具有最大额定电压电平的组件的功率电路方面就没有留下灵活性。选择具有高额定电压电平的组件可能会增加电路的成本,并且还可能增加组件的开关功率损耗。
每个电容器的充电和放电模式对于给定占空比是固定的,并且在各个电容器之间是不同的,从而有时导致经过每个比特的RMS电流电平的高电平。电流的高RMS电平通常缩短电容器的寿命。
本发明旨在增加不同的升压比的数目。
例如出于成本原因,当RLBC由3个比特B1、B2和B3构成并且其中[Vc1:Vc2:Vc3]=[1:2:4]Vref时,本发明特别适合。
本发明还被适配于更大数目的比特,正如下面参照图1c和1d将公开的那样。
现在定义RLBC电路的开关命令法则。基本上,每个比特电压Vbi…Vb3按照下式被表示为时间的函数:
Figure DEST_PATH_IMAGE010
,其中对于图1a和1b的实例有i=1到3,或者对于图1c和1d的实例有i=1到4。
Λ(t)表示时间间隔宽度ΔT的阶跃函数,NΔT表示开关S4的开关周期的持续时间。至于开关的控制命令法则,Si1、Si2可以在{0;1}中取它们的值,电压Vbij根据下面的法则在第j时间间隔Tj于{-Vci,0;Vci}中取值:
Figure DEST_PATH_IMAGE012
当开关Si1j和Si2在第j时间间隔Tj处于接通状态或导通状态时,Si1j和Si2j等于1,并且当开关Si1j和Si2在第j时间间隔Tj处于关断状态或不导通状态时,Si1j和Si2j等于零值。
进一步假设Vbi被定义为参考电压数字的整数倍,则得到下面的等式:
Figure DEST_PATH_IMAGE014
如果现在在导通模式(S4=1)下应用RLBC电路的电压平衡条件,则在开关S4的开关周期的前P个时间间隔期间有:
Figure DEST_PATH_IMAGE016
如果现在在不连续模式(S4=0)下应用RLBC电路的电压平衡条件,则在开关S4的开关周期的后N-P个时间间隔期间有:
在稳态分析下,应当验证每次电容器充电的平衡,这能够由下式表示:
在满足上面条件的情况下,如果计算以下各项则能够验证升压行为:
其中n等于比特数目。
这证明了如果满足条件
Figure DEST_PATH_IMAGE024
,则能够实现比为D=N/N-P的升压转换。
Figure DEST_PATH_IMAGE026
其中,ki(K的第i个系数)对于图1a和1b的实例等于1、2或4,并且ki(K的第i个系数)对于图1c和1d的实例等于1、1、1或4。
现在引入下述项Ωj
Figure DEST_PATH_IMAGE028
从(a)和(b)能够获得:
Figure DEST_PATH_IMAGE030
Figure DEST_PATH_IMAGE032
应当注意,由于Vref能够被任意地设置,因此能够决定令α等于1并且Vci=2 i-1 V ref 。因此找到开关规则的集合{εij}就够了:
Figure DEST_PATH_IMAGE034
应当注意,Vref能够被进一步表示为:
Figure DEST_PATH_IMAGE036
对于给定整数对{N,P}和给定的整数向量K,找到针对具有n个比特的RLBC的切换模式的解在于找到尺寸为(Nxn)并且其元素在{-1;0;1}中的矩阵(ε),从而使得:
(i)矩阵(ε)验证
Figure DEST_PATH_IMAGE038
;并且
(ii)
Figure DEST_PATH_IMAGE040
具有P个值为N-P的元素以及N-P个值为-P的元素。
如果矩阵(ε)的秩是n,则向量K是产生所期望的向量Ω的唯一向量K。如果矩阵(ε)的秩不是n,则存在满足用以求解RLBC切换模式的条件的整数向量K的非零维度的整个子空间。于是RLBC电路将通过应用由矩阵(ε)定义的单个切换模式而有效地收敛到所期望的整数向量K的几率很低。于是RLBC电容器的电压可能会潜在地达到高于期望的电压值。
相比之下,具有产生Ωj项的唯一且受控的向量K会确保每个比特电容器Ci的电压到所期望的电压值ki*Vout/N的稳定性。
如果(ε3)是针对[1 2 4] RLBC问题的秩为3的合适切换模式解,则可以设想建立求解[1 1 1 4] RLBC问题的矩阵(ε4),这是通过简单地复制矩阵(ε3)的第二行而实现的,以便反映出[1 2 4]配置的第二比特现在被分裂成配置[1 1 1 4]的第二和第三比特。这样的矩阵(ε4)确实是针对该问题的解矩阵,但是任何向量K [1 a b 4](其中a+b=2)将也是对应于该矩阵(ε4)的适当向量K,并且只使用矩阵(ε4)无法确保导致比特电容器2和3的电压稳定到所期望的值Vout/N。它可能会在0到2*Vout/N之间的任何值波动。如果各个时间间隔的持续时间并不是严格地完全相同的,则能够预期从一个电容器到另一电容器的电荷迁移。
在一种变型中,矩阵(ε)的一些行被设置为零,从而反映出只有比特子集被实际使用。在这种情况下,对应于被设置为零的各行的桥的电容器可以说被旁路,这是因为其在所述周期性模式的持续时间期间既不充电也不放电。被旁路的电容器的电压能够是灵活的,真正重要的是控制被从输入电源到来的电流有效地充电及放电的电容器的电压。在这种情况下,如果所述矩阵的秩是活跃比特的数目,则能够实现对应于实际被使用的比特的子向量K的解的单一性。
在本发明中,对于图1a和1b的实例有K=[1,2,…,2 n-1] T ,以及在图5到9中公开的每个矩阵验证条件(i)和(ii),并且其秩都是非零行的数目。
在本发明中,对于图1c和1d的实例有K=[1,1,1,4] T ,以及在图10到14中公开的每个矩阵验证条件(i)和(ii),并且其秩都是非零行的数目。
图1b是由3个桥接器件构成的升压转换器的第二实例。
正如参照图1a所公开的那样,串联连接的“n”个电容器桥替代了常规的DC/DC升压转换器的电感器。每个桥由4个开关以及电容器构成,正如图1中所示出的那样。这一单独的桥结构也被称为“比特”。
在图1b中示出3个比特B1、B2和B3。
通过需要多少比特B1就复制多少比特B1,能够获得由更多桥接器件构成的升压转换器。
比特B1由两个二极管D11和D12、两个开关S11和S12以及一个电容器C1构成。
比特B2由两个二极管D21和D22、两个开关S21和S22以及一个电容器C2构成。
比特B3由两个二极管D31和D32、两个开关S31和S32以及一个电容器C3构成。
对于i=1或2的每个比特Bi,二极管Di1的阳极被链接到开关Si1的第一端子。Di1的阴极被链接到开关Si2的第一端子并且被链接到电容器Ci的正端子。开关Si1的第二端子被链接到电容器Ci的负端子并且被链接到二极管Di2的阳极。二极管Di2的阴极被链接到开关Si2的第二端子。
二极管D31的阳极被链接到开关S31的第一端子。D31的阴极被链接到电容器C3的正端子并且被链接到二极管D32’的阳极。开关S31的第二端子被链接到电容器C3的负端子并且被链接到开关S32’的第一端子。
电DC提供装置(像光伏元件PV)提供输入电压Vin。电DC提供装置的正端子被连接到二极管D11的阳极。
二极管D12的阴极被连接到二极管D21的阳极。
二极管D22的阴极被连接到二极管D31的阳极。
二极管D32’的阴极被连接到电容器CL的正端子。
电容器CL的负端子和开关S32’的第二端子被连接到电DC提供装置的负端子。
开关S32’类似于图1a的开关S4进行动作,并且二极管D32’充当图1a的二极管D4。
电容器CL上的电压等于Vout。
B1的输入与输出之间的电压差被称为Vb1,B2的输入与输出之间的电压差被称为Vb2,并且B3的输入与输出之间的电压差被称为Vb3。Vb3在开关S32’接通时等于Vb3*,并且在开关S32’关断时等于Vb3**。
图1c是由4个桥接器件构成的升压转换器的第三实例。
基本上,串联连接的“n”个桥接器件替代了常规的DC/DC升压转换器的电感器。每个桥接器件由4个开关以及电容器构成,正如图1c中所示出的那样。这里必须注意,两个开关可以具有充当开关的二极管的形式。这一单独的桥结构也被称为“比特”。由4个桥接器件构成的升压转换器还包含输出级,其包括二极管D4和开关S4。
根据本发明,在图1a中,4个比特或桥接器件B1、B2、B3和B4被示出并被串联连接;第四比特B4被连接到输出级。
比特B1由两个二极管D11和D12、两个开关S11和S12以及一个电容器C1构成。
比特B2由两个二极管D21和D22、两个开关S21和S22以及一个电容器C2构成。
比特B3由两个二极管D31和D32、两个开关S31和S32以及一个电容器C3构成。
比特B4由两个二极管D41和D42、两个开关S41和S42以及一个电容器C4构成。
输出级还被连接到电容器CL。
通过需要多少比特B1就复制多少比特B1,能够获得由更多桥接器件构成的升压转换器。
对于i=1、2、3或4的每个比特Bi,二极管Di1的阳极被链接到开关Si1的第一端子。Di1的阴极被链接到开关Si2的第一端子并且被链接到电容器Ci的正端子。开关Si1的第二端子被链接到电容器Ci的负端子并且被链接到二极管Di2的阳极。二极管Di2的阴极被链接到开关Si2的第二端子。
电DC提供装置(像光伏元件PV)提供输入电压Vin。电DC提供装置的正端子被连接到二极管D11的阳极。
二极管D12的阴极被连接到二极管D21的阳极。
二极管D22的阴极被连接到二极管D31的阳极。
二极管D32的阴极被连接到二极管D41的阳极。
二极管D42的阴极被链接到开关S4的第一端子并且被链接到二极管D4的阳极。D4的阴极被链接到电容器CL的正端子。开关S4的第二端子被链接到电容器CL的负端子并且被链接到电DC提供装置PV的负端子。
电容器CL上的电压等于Vout。
B1的输入与输出之间的电压差被称为Vb1,B2的输入与输出之间的电压差被称为Vb2,B3的输入与输出之间的电压差被称为Vb3,并且B4的输入与输出之间的电压差被称为Vb4。
C1中的电压差被称为Vc1,C2中的电压差被称为Vc2,C3中的电压差被称为Vc3,并且C4中的电压差被称为Vc4。
图1d是由4个桥接器件构成的升压转换器的第四实例。
正如参照图1c所公开的那样,串联连接的“n”个电容器桥替代了常规的DC/DC升压转换器的电感器。
在图1d中示出4个比特B1、B2、B3和B4。
比特B1由两个二极管D11和D12、两个开关S11和S12以及一个电容器C1构成。
比特B2由两个二极管D21和D22、两个开关S21和S22以及一个电容器C2构成。
比特B3由两个二极管D31和D32、两个开关S31和S32以及一个电容器C3构成。
比特B4由两个二极管D41和D42’、两个开关S41和S42’以及一个电容器C4构成。
通过需要多少比特B1就复制多少比特B1,能够获得由更多桥接器件构成的升压转换器。
对于i=1到3的每个比特Bi,二极管Di1的阳极被链接到开关Si1的第一端子。Di1的阴极被链接到开关Si2的第一端子并且被链接到电容器Ci的正端子。开关Si1的第二端子被链接到电容器Ci的负端子并且被链接到二极管Di2的阳极。二极管Di2的阴极被链接到开关Si2的第二端子。
二极管D41的阳极被链接到开关S41的第一端子。D41的阴极被链接到电容器C4的正端子并且被链接到二极管D42’的阳极。开关S41的第二端子被链接到电容器C4的负端子并且被链接到开关S42’的第一端子。
电DC提供装置(像光伏元件PV)提供输入电压Vin。电DC提供装置的正端子被连接到二极管D11的阳极。
二极管D12的阴极被连接到二极管D21的阳极。
二极管D22的阴极被连接到二极管D31的阳极。
二极管D32的阴极被连接到二极管D41的阳极。
二极管D42’的阴极被连接到电容器CL的正端子。
电容器CL的负端子和开关S32’的第二端子被连接到电DC提供装置的负端子。
开关S42’类似于图1a的开关S4进行动作,并且二极管D42’充当图1a的二极管D4。
电容器CL上的电压等于Vout。
B1的输入与输出之间的电压差被称为Vb1,B2的输入与输出之间的电压差被称为Vb2,B3的输入与输出之间的电压差被称为Vb3,并且B4的输入与输出之间的电压差被称为Vb4。Vb4在开关S42’接通时等于Vb4*,并且在开关S42’关断时等于Vb4**。
图2表示包括由n个桥接器件构成的升压转换器的器件的实例。
器件20例如具有基于通过总线201以及受与图16中公开的算法相关的程序控制的处理器200连接在一起的组件的体系结构。
这里必须注意,器件20在变型中是以一个或几个专用集成电路的形式实施的,所述集成电路执行与处理器200所执行的操作相同的操作,正如下文中所公开的那样。
总线201将处理器200链接到只读存储器ROM 202、随机存取存储器RAM 203、模数转换器ADC 206以及如图1中所公开的RLBC模块。
只读存储器ROM 202包含与图16中所公开的算法相关的程序的指令,其在器件20通电时被传送到随机存取存储器RAM 203。
只读存储器ROM 202存储本发明的图3到14中所示出的表格。
RAM存储器203包含用来接收变量以及与图16中所公开的算法相关的程序的指令的寄存器。
模数转换器206被连接到RLBC,并且把表示输入电压Vin和/或输出电压Vout的电压转换成二进制信息。
图3a表示一个表格,该表格表示当升压转换器包括3个桥接器件时能够根据本发明提供的不同升压比。
图3a的表格包括被记为300到306的6列。列300示出施加在RLBC上的输入电压Vin的不同值。列301示出RLBC的输出电压Vout。所述输出电压等于240伏特。列302示出输出电压Vout与输入电压Vin之间的不同比。列303示出RLBC的不同占空比D。列304示出对N和P的不同值。列305示出参考电压Vref的不同值。列306示出根据输入电压值Vin所将选择的图。
在行310中,输入电压等于30伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于8,占空比D等于0.875,对(N,P)等于(8,7),参考电压Vref等于30伏特,并且为了获得比为8而选择的切换模式在图5a中被公开。
在行311中,输入电压等于34.33伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于7,占空比D等于0.857,对(N,P)等于(7,6),参考电压Vref等于34.28伏特,并且为了获得比为7而选择的切换模式在图6a中被公开。
在行312中,输入电压等于40伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于6,占空比D等于0.833,对(N,P)等于(6,5),参考电压Vref等于40伏特,并且为了获得比为4而选择的切换模式在图8a中被公开。
在行313中,输入电压等于48伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于5,占空比D等于0.8,对(N,P)等于(5,4),参考电压Vref等于48伏特,并且为了获得比为5而选择的切换模式在图9a中被公开。
在行314中,输入电压等于60伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于4,占空比D等于0.75,对(N,P)等于(8,6),参考电压Vref等于30伏特,并且为了获得比为4而选择的切换模式在图5b中被公开。
在行315中,输入电压等于68.66伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于3.5,占空比D等于0.714,对(N,P)等于(7,5),参考电压Vref等于34.28伏特,并且为了获得比为3.5而选择的切换模式在图6b中被公开。
在行316中,输入电压等于72伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于3.33,占空比D等于0.7,对(N,P)等于(10,7),参考电压Vref等于24伏特,并且为了获得比为3.33而选择的切换模式在图7a中被公开。
在行317中,输入电压等于90伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于2.66,占空比D等于0.625,对(N,P)等于(8,5),参考电压Vref等于30伏特,并且为了获得比为2.66而选择的切换模式在图5c或5d中被公开。
在行318中,输入电压等于96伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于2.5,占空比D等于0.6,对(N,P)等于(5,3),参考电压Vref等于48伏特,并且为了获得比为2.5而选择的切换模式在图9b中被公开。
在行319中,输入电压等于103伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于2.33,占空比D等于0.571,对(N,P)等于(7,4),参考电压Vref等于34.28伏特,并且为了获得比为3.33而选择的切换模式在图6c中被公开。
在行320中,输入电压等于120伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于2,占空比D等于0.5,对(N,P)等于(8,4),参考电压Vref等于30伏特,并且为了获得比为2而选择的切换模式在图5e中被公开。
在行321中,输入电压等于137伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于1.75,占空比D等于0.428,对(N,P)等于(7,3),参考电压Vref等于34.28伏特,并且为了获得比为1.75而选择的切换模式在图6d中被公开。
在行322中,输入电压等于144.66伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于1.66,占空比D等于0.4,对(N,P)等于(5,2),参考电压Vref等于48伏特,并且为了获得比为1.66而选择的切换模式在图9c中被公开。
在行323中,输入电压等于150伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于1.6,占空比D等于0.375,对(N,P)等于(8,3),参考电压Vref等于30伏特,并且为了获得比为1.6而选择的切换模式在图5f中被公开。
在行324中,输入电压等于169伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于1.42,占空比D等于0.3,对(N,P)等于(10,3),参考电压Vref等于24伏特,并且为了获得比为1.42而选择的切换模式在图7b中被公开。
在行325中,输入电压等于171.4伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于1.4,占空比D等于0.285,对(N,P)等于(7,2),参考电压Vref等于34.28伏特,并且为了获得比为1.4而选择的切换模式在图6e中被公开。
在行326中,输入电压等于180伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于1.33,占空比D等于0.25,对(N,P)等于(8,2),参考电压Vref等于30伏特,并且为了获得比为1.33而选择的切换模式在图5g中被公开。
在行327中,输入电压等于192伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于1.25,占空比D等于0.2,对(N,P)等于(5,1),参考电压Vref等于48伏特,并且为了获得比为1.25而选择的切换模式在图9d中被公开。
在行328中,输入电压等于200伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于1.2,占空比D等于0.166,对(N,P)等于(6,1),参考电压Vref等于40伏特,并且为了获得比为1.2而选择的切换模式在图8b或8c中被公开。
在行329中,输入电压等于205.7伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于1.16,占空比D等于0.142,对(N,P)等于(7,1),参考电压Vref等于34.28伏特,并且为了获得比为1.16而选择的切换模式在图6f中被公开。
在行330中,输入电压等于210伏特,输出电压是240伏特,比Vout/Vin等于1.14,占空比D等于0.125,对(N,P)等于(8,1),参考电压Vref等于30伏特,并且为了获得比为1.14而选择的切换模式在图5h中被公开。
图3b表示一个表格,该表格表示当升压转换器包括4个桥接器件时能够根据本发明提供的不同升压比。
图3b的表格包括被记为350到356的6列。列350示出施加在RLBC上的输入电压Vin的不同值。列351示出RLBC的输出电压Vout。所述输出电压例如等于240伏特。列352示出输出电压Vout与输入电压Vin之间的不同比。列353示出RLBC的不同占空比D。列354示出对N和P的不同值。列355示出参考电压Vref的不同值。列356示出根据输入电压值Vin所将选择的图。
在行360中,输入电压等于100伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于8,占空比D等于0.875,对(N,P)等于(8,7),参考电压Vref等于100伏特,并且为了获得比为8而选择的切换模式在图12a中被公开。
在行361中,输入电压等于114.3伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于7,占空比D等于0.857,对(N,P)等于(7,6),参考电压Vref等于144.3伏特,并且为了获得比为7而选择的切换模式在图13a中被公开。
在行362中,输入电压等于133.3伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于6,占空比D等于0.833,对(N,P)等于(6,5),参考电压Vref等于133.3伏特,并且为了获得比为6而选择的切换模式在图14b中被公开。
在行363中,输入电压等于177.7伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于4.5,占空比D等于0.778,对(N,P)等于(9,7),参考电压Vref等于88.9伏特,并且为了获得比为4.5而选择的切换模式在图11a中被公开。
在行364中,输入电压等于200伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于4,占空比D等于0.75,对(N,P)等于(8,6),参考电压Vref等于100伏特,并且为了获得比为4而选择的切换模式在图12b中被公开。
在行365中,输入电压等于228.6伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于3.5,占空比D等于0.714,对(N,P)等于(7,5),参考电压Vref等于114.3伏特,并且为了获得比为3.5而选择的切换模式在图13b中被公开。
在行366中,输入电压等于240伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于3.33,占空比D等于0.7,对(N,P)等于(10,7),参考电压Vref等于80伏特,并且为了获得比为3.33而选择的切换模式在图10a中被公开。
在行367中,输入电压等于266.7伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于3,占空比D等于0.667,对(N,P)等于(9,6),参考电压Vref等于88.9伏特,并且为了获得比为3而选择的切换模式在图11b中被公开。
在行368中,输入电压等于300伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于2.67,占空比D等于0.625,对(N,P)等于(8,5),参考电压Vref等于100伏特,并且为了获得比为2.67而选择的切换模式在图12c中被公开。
在行369中,输入电压等于342.9伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于2.33,占空比D等于0.571,对(N,P)等于(7,4),参考电压Vref等于114.3伏特,并且为了获得比为2.33而选择的切换模式在图13c中被公开。
在行370中,输入电压等于400伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于2,占空比D等于0.5,对(N,P)等于(8,4),参考电压Vref等于100伏特,并且为了获得比为2而选择的切换模式在图12d中被公开。
在行371中,输入电压等于457.1伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于1.75,占空比D等于0.429,对(N,P)等于(7,3),参考电压Vref等于114.3伏特,并且为了获得比为1.75而选择的切换模式在图13d中被公开。
在行372中,输入电压等于500伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于1.6,占空比D等于0.375,对(N,P)等于(8,3),参考电压Vref等于100伏特,并且为了获得比为1.75而选择的切换模式在图12e中被公开。
在行373中,输入电压等于533.3伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于1.5,占空比D等于0.333,对(N,P)等于(9,3),参考电压Vref等于88.9伏特,并且为了获得比为1.5而选择的切换模式在图11c中被公开。
在行374中,输入电压等于560伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于1.42,占空比D等于0.3,对(N,P)等于(10,3),参考电压Vref等于80伏特,并且为了获得比为1.42而选择的切换模式在图10b中被公开。
在行375中,输入电压等于571.4伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于1.4,占空比D等于0.285,对(N,P)等于(7,2),参考电压Vref等于114.3伏特,并且为了获得比为1.4而选择的切换模式在图13e中被公开。
在行376中,输入电压等于600伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于1.33,占空比D等于0.25,对(N,P)等于(8,2),参考电压Vref等于100伏特,并且为了获得比为1.33而选择的切换模式在图12f中被公开。
在行377中,输入电压等于622.2伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于1.29,占空比D等于0.222,对(N,P)等于(9,2),参考电压Vref等于88.9伏特,并且为了获得比为1.29而选择的切换模式在图11d中被公开。
在行378中,输入电压等于666.6伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于1.2,占空比D等于0.167,对(N,P)等于(6,1),参考电压Vref等于133.3伏特,并且为了获得比为1.2而选择的切换模式在图14a中被公开。
在行379中,输入电压等于685.7伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于1.17,占空比D等于0.143,对(N,P)等于(7,1),参考电压Vref等于114.3伏特,并且为了获得比为1.17而选择的切换模式在图13e中被公开。
在行380中,输入电压等于700伏特,输出电压是800伏特,比Vout/Vin等于1.14,占空比D等于0.125,对(N,P)等于(8,1),参考电压Vref等于100伏特,并且为了获得比为1.14而选择的切换模式在图12g中被公开。
图4a表示一个表格,该表格表示图1a中所示的由3个桥接器件构成的升压转换器的第一实例的各开关的切换状态,以便在由3个桥接器件构成的升压转换器的各桥上获得不同电压。
列400到402与比特B1相关,列403到405与比特B2相关,并且列406到408与比特B3相关。
行411示出:对于等于Vc1的电压Vb1,开关S11处于不导通状态并且开关S12处于不导通状态,对于等于Vc2的电压Vb2,开关S21处于不导通状态并且开关S22处于不导通状态,对于等于Vc3的电压Vb3,开关S31处于不导通状态并且开关S32处于不导通状态。
行412示出:对于等于零值的电压Vb1,开关S11处于不导通状态并且开关S12处于导通状态,对于等于零值的电压Vb2,开关S21处于不导通状态并且开关S22处于导通状态,对于等于零值的电压Vb3,当开关S32处于不导通状态时开关S31处于导通状态,或者当开关S32处于导通状态时开关S31处于不导通状态。
行413示出:对于等于-Vc1的电压Vb1,开关S11处于导通状态并且开关S12处于导通状态,对于等于-Vc2的电压Vb2,开关S21处于导通状态并且开关S22处于导通状态,对于等于-Vc3的电压Vb3,开关S31处于导通状态并且开关S32处于导通状态。
图4b表示一个表格,该表格表示图1b中所示的由3个桥接器件构成的升压转换器的第二实例的各开关的切换状态,以便在由3个桥接器件构成的升压转换器的各桥上获得不同电压。
列420到422与比特B1相关,列423到425与比特B2相关,并且列426到428与比特B3相关。
行431示出:对于等于Vc1的电压Vb1,开关S11处于不导通状态并且开关S12处于不导通状态,对于等于Vc2的电压Vb2,开关S21处于不导通状态并且开关S22处于不导通状态,对于等于Vc3的电压Vb3,开关S31处于不导通状态并且开关S32’处于导通状态。
行432示出:对于等于零值的电压Vb1,开关S11处于不导通状态并且开关S12处于导通状态,对于等于零值的电压Vb2,开关S21处于不导通状态并且开关S22处于导通状态,以及对于等于零值的电压Vb3,开关S31和S32’一起处于导通状态或不导通状态。
行433示出:对于等于-Vc1的电压Vb1,开关S11处于导通状态并且开关S12处于导通状态,对于等于-Vc2的电压Vb2,开关S21处于导通状态并且开关S22处于导通状态,对于等于-Vc3的电压Vb3,开关S31处于导通状态并且开关S32’处于不导通状态。
根据本发明,Vc1=Vref;Vc2=2Vref以及Vc3=4Vref。
图4c表示一个表格,该表格表示由4个桥接器件构成的升压转换器的第三实例的各开关的切换状态,以便在由4个桥接器件构成的升压转换器的各桥上获得不同电压。
列450到452与比特B1相关,列453到455与比特B2相关,列456到458与比特B3相关,并且列459到461与比特B4相关。
行441示出:对于等于Vc1的电压Vb1,开关S11处于不导通状态并且开关S12处于不导通状态,对于等于Vc2的电压Vb2,开关S21处于不导通状态并且开关S22处于不导通状态,对于等于Vc3的电压Vb3,开关S31处于不导通状态并且开关S32处于不导通状态,以及对于等于Vc4的电压Vb4,开关S41处于不导通状态并且开关S42处于不导通状态。
行442示出:对于等于零值的电压Vb1,开关S11处于不导通状态并且开关S12处于导通状态,对于等于零值的电压Vb2,开关S21处于不导通状态并且开关S22处于导通状态,对于等于零值的电压Vb3,开关S31处于不导通状态并且开关S32处于导通状态,以及对于等于零值的电压Vb4,当开关S42处于导通状态时开关S41处于不导通状态,或者当开关S42处于不导通状态时开关S41处于导通状态。
行443示出:对于等于-Vc1的电压Vb1,开关S11处于导通状态并且开关S12处于导通状态,对于等于-Vc2的电压Vb2,开关S21处于导通状态并且开关S22处于导通状态,对于等于-Vc3的电压Vb3,开关S31处于导通状态并且开关S32处于导通状态,以及对于等于-Vc4的电压Vb4,开关S41处于导通状态并且开关S42处于导通状态。
图4d表示一个表格,该表格表示由4个桥接器件构成的升压转换器的第四实例的各开关的切换状态,以便在由4个桥接器件构成的升压转换器的各桥上获得不同电压。
列480到482与比特B1相关,列483到485与比特B2相关,列486到488与比特B3相关,并且列489到491与比特B4相关。
行471示出:对于等于Vc1的电压Vb1,开关S11处于不导通状态并且开关S12处于不导通状态,对于等于Vc2的电压Vb2,开关S21处于不导通状态并且开关S22处于不导通状态,对于等于Vc3的电压Vb3,开关S31处于不导通状态并且开关S32处于不导通状态,以及对于等于Vc4的电压Vb4,开关S41处于不导通状态并且开关S42’处于导通状态。
行472示出:对于等于零值的电压Vb1,开关S11处于不导通状态并且开关S12处于导通状态,对于等于零值的电压Vb2,开关S21处于不导通状态并且开关S22处于导通状态,对于等于零值的电压Vb3,开关S31处于不导通状态并且开关S32处于导通状态,以及对于等于零值的电压Vb4,当开关S42’处于导通状态时开关S41处于导通状态,或者当开关S42’处于不导通状态时开关S41处于不导通状态。
行473示出:对于等于-Vc1的电压Vb1,开关S11处于导通状态并且开关S12处于导通状态,对于等于-Vc2的电压Vb2,开关S21处于导通状态并且开关S22处于导通状态,对于等于-Vc3的电压Vb3,开关S31处于导通状态并且开关S32处于导通状态,以及对于等于-Vc4的电压Vb4,开关S41处于导通状态并且开关S42’处于不导通状态。
图5a到5h是为了在周期性模式被分解成8个时间间隔时具有不同升压比的、由3个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例。参考电压Vref等于Vout除以8。
在行501、511、521、531、541、551、561和571中,等于1的值意味着Vb1=Vref,等于-1的值意味着Vb1=-Vref,并且等于0的值意味着Vb1=0。
在行502、512、522、532、542、552、562和572中,等于1的值意味着Vb2=2Vref,等于-1的值意味着Vb2=-2Vref,并且等于0的值意味着Vb2=0。
在行503、513、523、533、543、553、563和573中,等于1的值意味着Vb3=4Vref,等于-1的值意味着Vb3=-4Vref,并且等于0的值意味着Vb3=0。
每个时间间隔T1到T8的持续时间是ΔT=T/N(N=8),其中T是由图1a的开关S4或图1b的开关S32’操作的周期的持续时间。
图5a包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=8(D=0.875)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要8个时间间隔以便获得比Vout/Vin=8。
在时间间隔T1、T2、T3和T4,Vb1=Vref,Vb2=Vb3=0。在时间间隔T5和T6,Vb1=-Vref,Vb2=2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T7,Vb1=-Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T8,Vb1=-Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=-4Vref
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T7(P=7)期间处于导通状态,并且在时间间隔T8(N=8)处于不导通状态。
图5b包括为了具有比Vout/Vin=4的、RLBC的各桥上的电压值。
需要8个时间间隔以便获得比Vout/Vin=4。
在时间间隔T1、T2、T3和T4,Vb2=2Vref,Vb1=Vb3=0。在时间间隔T5和T6,Vb1=0,Vb2=-2Vref,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T7和T8,Vb1=0,Vb2=-2Vref,并且Vb3=-4Vref
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T6期间处于导通状态,并且在时间间隔T7和T8处于不导通状态。
图5c包括为了具有比Vout/Vin=2.66的、RLBC的各桥上的电压值。
需要8个时间间隔以便获得比Vout/Vin=2.66。
在时间间隔T1,Vb1=-Vref,Vb2=0,并且Vb3=4Vref
在时间间隔T2和T3,Vb1=Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T4和T5,Vb1=Vref,Vb2=2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T6、T7和T8,Vb1=-Vref,Vb2=0,并且Vb3=-4Vref
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T5期间处于导通状态,并且在时间间隔T6到T8处于不导通状态。
图5d包括为了具有比Vout/Vin=2.66的、RLBC的各桥上的电压值。
需要8个时间间隔以便获得比Vout/Vin=2.66。
在时间间隔T1和T2,Vb1=Vref,Vb2=2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T3、T4和T5,Vb1=-Vref,Vb2=0,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T6,Vb1=-Vref,Vb2=0,并且Vb3=-4Vref。在时间间隔T7和T8,Vb1=Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=-4Vref
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T5期间处于导通状态,并且在时间间隔T6到T8处于不导通状态。
图5e包括为了具有比Vout/Vin=2的、RLBC的各桥上的电压值。
需要8个时间间隔以便获得比Vout/Vin=2。
在时间间隔T1、T2、T3和T4,Vb1=Vb2=0,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T5、T6、T7和T8,Vb1=Vb2=0,并且Vb3=-4Vref
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T4期间处于导通状态,并且在时间间隔T5到T8处于不导通状态。
图5f包括为了具有比Vout/Vin=1.6的、RLBC的各桥上的电压值。
需要8个时间间隔以便获得比Vout/Vin=1.6。
在时间间隔T1,Vb1=Vref,Vb2=0,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T2和T3,Vb1=-Vref,Vb2=2Vref,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T4和T5,Vb1=-Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T6、T7和T8,Vb1=Vref,Vb2=0,并且Vb3=-4Vref
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T3期间处于导通状态,并且在时间间隔T4到T8处于不导通状态。
图5g包括为了具有比Vout/Vin=1.33的、RLBC的各桥上的电压值。
需要8个时间间隔以便获得比Vout/Vin=1.33。
在时间间隔T1和T2,Vb1=0,Vb2=2Vref,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T3、T4、T5和T6,Vb1=0,Vb2=-2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T7和T8,Vb1=0,Vb2=2Vref,并且Vb3=-4Vref
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T2期间处于导通状态,并且在时间间隔T3和T8处于不导通状态。
图5h包括为了具有比Vout/Vin=1.14的、RLBC的各桥上的电压值。
需要8个时间间隔以便获得比Vout/Vin=1.14。
在时间间隔T1,Vb1=Vref,Vb2=2Vref,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T2、T3、T4和T5,Vb1=-Vref,并且Vb2=Vb3=0。在时间间隔T6和T7,Vb1=Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T8,Vb1=Vref,Vb2=2Vref,并且Vb3=-4Vref
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1期间处于导通状态,并且在时间间隔T2到T8处于不导通状态。
图6a到6f是为了在周期性模式被分解成7个时间间隔时具有不同升压比的、由3个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例。参考电压Vref等于Vout除以7。
在行601、611、621、631、641和651中,等于1的值意味着Vb1=Vref,等于-1的值意味着Vb1=-Vref,并且等于0的值意味着Vb1=0。
在行602、612、622、632、642和652中,等于1的值意味着Vb2=2Vref,等于-1的值意味着Vb2=-2Vref,并且等于0的值意味着Vb2=0。
在行603、613、623、633、643和653中,等于1的值意味着Vb3=4Vref,等于-1的值意味着Vb3=-4Vref,并且等于0的值意味着Vb3=0。
每个时间间隔T1到T7的持续时间是ΔT=T/N(N=7),其中T是由图1a的开关S4或图1b的开关S32’操作的周期的持续时间。
图6a包括为了具有比Vout/Vin=7的、RLBC的各桥上的电压值。
需要7个时间间隔以便获得比Vout/Vin=7。
在时间间隔T1、T2和T3,Vb1=Vref,Vb2=Vb3=0。在时间间隔T4和T5,Vb1=-Vref,Vb2=2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T6,Vb1=-Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T7,Vb1=0,Vb2=-2Vref,并且Vb3=-4Vref
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T6期间处于导通状态,并且在时间间隔T7处于不导通状态。
图6b包括为了具有比Vout/Vin=3.5的、RLBC的各桥上的电压值。
需要7个时间间隔以便获得比Vout/Vin=3.5。
在时间间隔T1、T2和T3,Vb1=0,Vb2=2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T4和T5,Vb1=0,Vb2=-2Vref,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T6,Vb1=Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=-4Vref。在时间间隔T7,Vb1=Vref,Vb2=0,并且Vb3=-4Vref
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T5期间处于导通状态,并且在时间间隔T6和T7处于不导通状态。
图6c包括为了具有比Vout/Vin=2.33的、RLBC的各桥上的电压值。
需要7个时间间隔以便获得比Vout/Vin=2.33。
在时间间隔T1和T2,Vb1=-Vref,Vb2=0,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T3,Vb1=Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T4,Vb1=Vref,Vb2=2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T5、T6和T7,Vb1=0,Vb2=0,并且Vb3=-4Vref
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T4期间处于导通状态,并且在时间间隔T5到T7处于不导通状态。
图6d包括为了具有比Vout/Vin=1.75的、RLBC的各桥上的电压值。
需要7个时间间隔以便获得比Vout/Vin=1.75。
在时间间隔T1、T2和T3,Vb1=0,Vb2=0,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T4和T5,Vb1=Vref,Vb2=0,并且Vb3=-4Vref。在时间间隔T6,Vb1=-Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T7,Vb1=-Vref,Vb2=2Vref,并且Vb3=-4Vref
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T3期间处于导通状态,并且在时间间隔T4到T7处于不导通状态。
图6e包括为了具有比Vout/Vin=1.4的、RLBC的各桥上的电压值。
需要7个时间间隔以便获得比Vout/Vin=1.4。
在时间间隔T1,Vb1=Vref,Vb2=0,Vb3=4Vref。在时间间隔T2,Vb1=-Vref,Vb2=2Vref,Vb3=4Vref。在时间间隔T3和T4,Vb1=0,Vb2=2Vref,Vb3=-4Vref。在时间间隔T5、T6和T7,Vb1=0,Vb2=-2Vref,并且Vb3=0。
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1和T2期间处于导通状态,并且在时间间隔T3到T7处于不导通状态。
图6f包括为了具有比Vout/Vin=1.16的、RLBC的各桥上的电压值。
需要7个时间间隔以便获得比Vout/Vin=1.16。
在时间间隔T1,Vb1=0,Vb2=2Vref,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T2、T3和T4,Vb1=-Vref,Vb2=0,并且Vb3=0。在时间间隔T5和T6,Vb1=Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T7,Vb1=Vref,Vb2=2Vref,并且Vb3=-4Vref
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1期间处于导通状态,并且在时间间隔T2到T7处于不导通状态。
图7a和7b是为了在周期性模式被分解成10个时间间隔时具有不同升压比的、由3个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例。参考电压Vref等于Vout除以10。
在行701和711中,等于1的值意味着Vb1=Vref,等于-1的值意味着Vb1=-Vref,并且等于0的值意味着Vb1=0。
在行702和712中,等于1的值意味着Vb2=2Vref,等于-1的值意味着Vb2=-2Vref,并且等于0的值意味着Vb2=0。
在行703和713中,等于1的值意味着Vb3=4Vref,等于-1的值意味着Vb3=-4Vref,并且等于0的值意味着Vb3=0。
每个时间间隔T1到T10的持续时间是ΔT=T/N(N=10),其中T是由图1a的开关S4或图1b的开关S32’操作的周期的持续时间。
图7a包括为了具有比Vout/Vin=3.33的、RLBC的各桥上的电压值。
需要10个时间间隔以便获得比Vout/Vin=3.33。
在时间间隔T1、T2、T3和T4,Vb1=Vref,Vb2=2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T5,Vb1=Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T6和T7,Vb1=-Vref,Vb2=0,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T8、T9和T10,Vb1=-Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=-4Vref
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T7期间处于导通状态,并且在时间间隔T8到10 T1处于不导通状态。
图7b包括为了具有比Vout/Vin=1.42的、RLBC的各桥上的电压值。
需要10个时间间隔以便获得比Vout/Vin=1.42。
在时间间隔T1、T2和T3,Vb1=Vref,Vb2=2Vref,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T4、T5、T6和T7,Vb1=-Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T8,Vb1=-Vref,Vb2=2Vref,并且Vb3=-4Vref。在时间间隔T9和T10,Vb1=Vref,Vb2=0,并且Vb3=-4Vref
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T3期间处于导通状态,并且在时间间隔T7到10 T1处于不导通状态。
图8a到8c是为了在周期性模式被分解成6个时间间隔时具有不同升压比的、由3个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例。参考电压Vref等于Vout除以6。
在行801、811和821中,等于1的值意味着Vb1=Vref,等于-1的值意味着Vb1=-Vref,并且等于0的值意味着Vb1=0。
在行802、812和822中,等于1的值意味着Vb2=2Vref,等于-1的值意味着Vb2=-2Vref,并且等于0的值意味着Vb2=0。
在行803、813和823中,等于1的值意味着Vb3=4Vref,等于-1的值意味着Vb3=-4Vref,并且等于0的值意味着Vb3=0。
每个时间间隔T1到T6的持续时间是ΔT=T/N(N=6),其中T是由图1a的开关S4或图1b的开关S32’操作的周期的持续时间。
图8a包括为了具有比Vout/Vin=0.833的、RLBC的各桥上的电压值。
需要6个时间间隔以便获得比Vout/Vin=0.833。
在时间间隔T1,Vb1=Vref,Vb2=0,并且Vb3=0。在时间间隔T2和T3,Vb1=Vref,Vb2=0,并且Vb3=0。在时间间隔T4,Vb1=-Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T5,Vb1=-Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T6,Vb1=-Vref,Vb2=0,并且Vb3=-4Vref
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T5期间处于导通状态,并且在时间间隔T6处于不导通状态。
图8b包括为了具有比Vout/Vin=0.166的、RLBC的各桥上的电压值。
需要6个时间间隔以便获得比Vout/Vin=0.166。
在时间间隔T1,Vb1=Vref,Vb2=0,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T2,Vb1=Vref,Vb2=2Vref,并且Vb3=-4Vref。在时间间隔T3,Vb1=Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T4、T5和T6,Vb1=-Vref,Vb2=0,并且Vb3=0。
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1期间处于导通状态,并且在时间间隔T2和T6处于不导通状态。
图8c包括为了具有比Vout/Vin=0.166的、RLBC的各桥上的电压值。
需要6个时间间隔以便获得比Vout/Vin=0.166。
在时间间隔T1,Vb1=-Vref,Vb2=2Vref,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T2,Vb1=Vref,Vb2=2Vref,并且Vb3=-4Vref。在时间间隔T3,Vb1=Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T4,Vb1=Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T5和T6,Vb1=-Vref,Vb2=0,并且Vb3=0。
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1期间处于导通状态,并且在时间间隔T2到T6处于不导通状态。
图9a到9d是为了在周期性模式被分解成5个时间间隔时具有不同升压比的、由3个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例。参考电压Vref等于Vout除以5。
在行901、911、921和931中,等于1的值意味着Vb1=Vref,等于-1的值意味着Vb1=-Vref,并且等于0的值意味着Vb1=0。
在行902、912、922和932中,等于1的值意味着Vb2=2Vref,等于-1的值意味着Vb2=-2Vref,并且等于0的值意味着Vb2=0。
在行903、913、923和933中,等于1的值意味着Vb3=4Vref,等于-1的值意味着Vb3=-4Vref,并且等于0的值意味着Vb3=0。
每个时间间隔T1到T5的持续时间是ΔT=T/N(N=5),其中T是由图1a的开关S4或图1b的开关S32’操作的周期的持续时间。
图9a包括为了具有比Vout/Vin=0.8的、RLBC的各桥上的电压值。
需要5个时间间隔以便获得比Vout/Vin=0.8。
在时间间隔T1,Vb1=-Vref,Vb2=-2Vref,Vb3=4Vref。在时间间隔T2,Vb1=-Vref,Vb2=2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T3和T4,Vb1=Vref,Vb2=0,并且Vb3=0。在时间间隔T5,Vb1=0,Vb2=0,并且Vb3=-4Vref
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T4期间处于导通状态,并且在时间间隔T5处于不导通状态。
图9b包括为了具有比Vout/Vin=0.6的、RLBC的各桥上的电压值。
需要5个时间间隔以便获得比Vout/Vin=0.6。
在时间间隔T1,Vb1=0,Vb2=-2Vref,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T2,Vb1=0,Vb2=2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T3,Vb1=0,Vb2=2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T4,Vb1=-Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T5,Vb1=Vref,Vb2=0,并且Vb3=-4Vref
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T3期间处于导通状态,并且在时间间隔T4和T5处于不导通状态。
图9c包括为了具有比Vout/Vin=0.4的、RLBC的各桥上的电压值。
需要5个时间间隔以便获得比Vout/Vin=0.4。
在时间间隔T1,Vb1=Vref,Vb2=2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T2,Vb1=-Vref,Vb2=0,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T3,Vb1=0,Vb2=2Vref,并且Vb3=-4Vref。在时间间隔T4,Vb1=0,Vb2=-2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T5,Vb1=0,Vb2=-2Vref,并且Vb3=0。
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1和T2期间处于导通状态,并且在时间间隔T3到T5处于不导通状态。
图9d包括为了具有比Vout/Vin=0.2的、RLBC的各桥上的电压值。
需要5个时间间隔以便获得比Vout/Vin=0.2。
在时间间隔T1,Vb1=0,Vb2=0,并且Vb3=4Vref。在时间间隔T2,Vb1=Vref,Vb2=2Vref,并且Vb3=-4Vref。在时间间隔T3,Vb1=Vref,Vb2=-2Vref,并且Vb3=0。在时间间隔T4和T5,Vb1=-Vref,Vb2=0,并且Vb3=0。
当所述电压值是图1a的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1期间处于导通状态,并且在时间间隔T2到T5处于不导通状态。
图10a和10b是为了在周期性模式被分解成10个时间间隔时具有不同升压比的、由4个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例。
在行1001和1011中,等于1的值意味着Vb1=Vref,等于-1的值意味着Vb1=-Vref,并且等于0的值意味着Vb1=0。
在行1002和1012中,等于1的值意味着Vb2=Vref,等于-1的值意味着Vb2=-Vref,并且等于0的值意味着Vb2=0。
在行1003和1013中,等于1的值意味着Vb3=Vref,等于-1的值意味着Vb3=-Vref,并且等于0的值意味着Vb3=0。
在行1004和1014中,等于1的值意味着Vb4=4Vref,等于-1的值意味着Vb4=-4Vref,并且等于0的值意味着Vb3=0。
每个时间间隔T1到T10的持续时间是ΔT=T/N(N=10),其中T是由图1c的开关S4或图1d的开关S42’操作的周期的持续时间。
图10a包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=6(D=0.7)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要10个时间间隔以便获得比Vout/Vin=6。
在时间间隔T1、T2、T3和T4,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T5,Vb1=-Vref,Vb2=0,Vb3=0,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T6,Vb1=0,Vb2=-Vref,Vb3=0,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T7,Vb1=0,Vb2=0,Vb3=-Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T8、T9和T10,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=-4Vref
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T7(P=7)期间处于导通状态,并且在时间间隔T8到T10(N=10)处于不导通状态。
图10b包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=4(D=0.3)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要10个时间间隔以便获得比Vout/Vin=4。
在时间间隔T1、T2和T3,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T4,Vb1=0,Vb2=0,Vb3=Vref,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T5,Vb1=0,Vb2=Vref,Vb3=0,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T6,Vb1=Vref,Vb2=0,Vb3=0,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T7、T8、T9和T10,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=0。
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T3(P=3)期间处于导通状态,并且在时间间隔T4到T10(N=10)处于不导通状态。
图11a到11d是为了在周期性模式被分解成9个时间间隔时具有不同升压比的、由4个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例。
在行1101、1111、1121和1131中,等于1的值意味着Vb1=Vref,等于-1的值意味着Vb1=-Vref,并且等于0的值意味着Vb1=0。
在行1102、1112、1122和1132中,等于1的值意味着Vb2=Vref,等于-1的值意味着Vb2=-Vref,并且等于0的值意味着Vb2=0。
在行1103、1113、1123和1133中,等于1的值意味着Vb3=Vref,等于-1的值意味着Vb3=-Vref,并且等于0的值意味着Vb3=0。
在行1104、1114、1124和1134中,等于1的值意味着Vb4=4Vref,等于-1的值意味着Vb4=-4Vref,并且等于0的值意味着Vb3=0。
每个时间间隔T1到T9的持续时间是ΔT=T/N(N=9),其中T是由图1c的开关S4或图1d的开关S42’操作的周期的持续时间。
图11a包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=4.5(D=0.777)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要9个时间间隔以便获得比Vout/Vin=4.5。
在时间间隔T1、T2和T3,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=0,并且Vb4=0。在时间间隔T4,Vb1=Vref,Vb2=0,Vb3=Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T5,Vb1=0,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T6和T7,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=0,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T8和T9,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=-4Vref
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T7(P=7)期间处于导通状态,并且在时间间隔T8和T9(N=9)处于不导通状态。
图11b包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=3(D=0.666)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要9个时间间隔以便获得比Vout/Vin=3。
在时间间隔T1、T2和T3,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T4,Vb1=Vref,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T5,Vb1=-Vref,Vb2=Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T6,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T7,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=0,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T8,Vb1=-Vref,Vb2=0,Vb3=-Vref,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T9,Vb1=0,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=-4Vref
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T6(P=6)期间处于导通状态,并且在时间间隔T7到T9(N=9)处于不导通状态。
图11c包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=1.5(D=0.333)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要9个时间间隔以便获得比Vout/Vin=1.5。
在时间间隔T1,Vb1=0,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T2,Vb1=Vref,Vb2=0,Vb3=Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T3,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=0,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T4,Vb1=-Vref,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T5,Vb1=Vref,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T6,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T7、T8和T9,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=0。
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T3(P=3)期间处于导通状态,并且在时间间隔T4到T9(N=9)处于不导通状态。
图11d包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=1.29(D=0.222)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要9个时间间隔以便获得比Vout/Vin=1.29。
在时间间隔T1和T2和T3,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T3和T4,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=0,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T5,Vb1=0,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T6,Vb1=-Vref,Vb2=0,Vb3=-Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T7、T8和T9,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=0,并且Vb4=0。
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1和T2(P=2)期间处于导通状态,并且在时间间隔T3到T9(N=9)处于不导通状态。
图12a到12g是为了在周期性模式被分解成8个时间间隔时具有不同升压比的、由4个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例。
在行1201、1211、1221、1231、1241、1251和1261中,等于1的值意味着Vb1=Vref,等于-1的值意味着Vb1=-Vref,并且等于0的值意味着Vb1=0。
在行1202、1212、1222、1232、1242、1252和1262中,等于1的值意味着Vb2=Vref,等于-1的值意味着Vb2=-Vref,并且等于0的值意味着Vb2=0。
在行1203、1213、1223、1233、1243、1253和1263中,等于1的值意味着Vb3=Vref,等于-1的值意味着Vb3=-Vref,并且等于0的值意味着Vb3=0。
在行1204、1214、1224、1234、1244、1254和1264中,等于1的值意味着Vb4=4Vref,等于-1的值意味着Vb4=-4Vref,并且等于0的值意味着Vb3=0。
每个时间间隔T1到T8的持续时间是ΔT=T/N(N=8),其中T是由图1c的开关S4或图1d的开关S42’操作的周期的持续时间。
图12a包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=8(D=0.875)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要8个时间间隔以便获得比Vout/Vin=8。
在时间间隔T1,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T2,Vb1=Vref,Vb2=0,Vb3=0,并且Vb4=0。在时间间隔T3,Vb1=Vref,Vb2=-Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T4,Vb1=0,Vb2=Vref,Vb3=0,并且Vb4=0。在时间间隔T5,Vb1=0,Vb2=0,Vb3=Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T6,Vb1=-Vref,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T7,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T8,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=-Vref
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T7(P=7)期间处于导通状态,并且在时间间隔T8(N=8)处于不导通状态。
图12b包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=4(D=0.75)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要8个时间间隔以便获得比Vout/Vin=4。
在时间间隔T1,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=0,并且Vb4=0。在时间间隔T2,Vb1=Vref,Vb2=0,Vb3=Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T3,Vb1=0,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T4,Vb1=0,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T5,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=0,并且Vb4=0。在时间间隔T6,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=0,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T7,Vb1=-Vref,Vb2=0,Vb3=-Vref,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T8,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=0,并且Vb4=-4Vref
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T6(P=6)期间处于导通状态,并且在时间间隔T7和T8(N=8)处于不导通状态。
图12c包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=2.67(D=0.625)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要8个时间间隔以便获得比Vout/Vin=2.67。
在时间间隔T1和T2,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T3,Vb1=-Vref,Vb2=Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T4,Vb1=Vref,Vb2=-Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T5,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T6,Vb1=0,Vb2=0,Vb3=-Vref,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T7,Vb1=0,Vb2=0,Vb3=-Vref,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T8,Vb1=-Vref,Vb2=0,Vb3=0,并且Vb4=-4Vref
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T5(P=5)期间处于导通状态,并且在时间间隔T6到T8(N=8)处于不导通状态。
图12d包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=2(D=0.5)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要8个时间间隔以便获得比Vout/Vin=2。
在时间间隔T1到T4,Vb1=0,Vb2=0,Vb3=0,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T5到T8,Vb1=0,Vb2=0,Vb3=0,并且Vb4=-4Vref
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T4(P=4)期间处于导通状态,并且在时间间隔T5到T8(N=8)处于不导通状态。
矩阵的秩是1,其等于被有效地使用的电容器比特的数目(根据图12d所描述的切换模式,只有电容器C4被充电及放电)。
图12e包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=1.6(D=0.375)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要8个时间间隔以便获得比Vout/Vin=1.6。
在时间间隔T1,Vb1=Vref,Vb2=0,Vb3=0,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T2,Vb1=0,Vb2=Vref,Vb3=0,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T3,Vb1=0,Vb2=0,Vb3=Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T4,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T5,Vb1=-Vref,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T6,Vb1=Vref,Vb2=-Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T7和T8,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=0。
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T3(P=3)期间处于导通状态,并且在时间间隔T4到T8(N=8)处于不导通状态。
图12f包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=1.33(D=0.25)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要8个时间间隔以便获得比Vout/Vin=1.33。
在时间间隔T1,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=0,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T2,Vb1=Vref,Vb2=0,Vb3=Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T3,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=0,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T4,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=0,并且Vb4=0。在时间间隔T5,Vb1=0,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T6,Vb1=0,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T7,Vb1=-Vref,Vb2=0,Vb3=-Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T8,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=0,并且Vb4=0。
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1和T2(P=2)期间处于导通状态,并且在时间间隔T3到T8(N=8)处于不导通状态。
图12g包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=1.14(D=0.125)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要8个时间间隔以便获得比Vout/Vin=1.14。
在时间间隔T1,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T2,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T3,Vb1=Vref,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T4,Vb1=0,Vb2=0,Vb3=-Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T5,Vb1=0,Vb2=-Vref,Vb3=0,并且Vb4=0。在时间间隔T6,Vb1=-Vref,Vb2=Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T7,Vb1=-Vref,Vb2=0,Vb3=0,并且Vb4=0。在时间间隔T8,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=0。
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1(P=1)期间处于导通状态,并且在时间间隔T2到T8(N=8)处于不导通状态。
图13a到13f是为了在周期性模式被分解成7个时间间隔时具有不同升压比的、由4个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例。
在行1301、1311、1321、731、1341和1351中,等于1的值意味着Vb1=Vref,等于-1的值意味着Vb1=-Vref,并且等于0的值意味着Vb1=0。
在行1302、1312、1322、1332、1342和1352中,等于1的值意味着Vb2=Vref,等于-1的值意味着Vb2=-Vref,并且等于0的值意味着Vb2=0。
在行1303、1313、1323、1333、1343和1353中,等于1的值意味着Vb3=Vref,等于-1的值意味着Vb3=-Vref,并且等于0的值意味着Vb3=0。
在行1304、1314、1324、1334、1344和1354中,等于1的值意味着Vb4=4Vref,等于-1的值意味着Vb4=-4Vref,并且等于0的值意味着Vb3=0。
每个时间间隔T1到T7的持续时间是ΔT=T/N(N=7),其中T是由图1c的开关S4或图1d的开关S42’操作的周期的持续时间。
图13a包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=7(D=0.857)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要7个时间间隔以便获得比Vout/Vin=7。
在时间间隔T1,Vb1=Vref,Vb2=0,Vb3=0,并且Vb4=0。在时间间隔T2,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T3,Vb1=Vref,Vb2=0,Vb3=0,并且Vb4=0。在时间间隔T4,Vb1=0,Vb2=0,Vb3=Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T5,Vb1=-Vref,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T6,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T7,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=0,并且Vb4=-4Vref
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T6(P=6)期间处于导通状态,并且在时间间隔T7(N=7)处于不导通状态。
图13b包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=3.5(D=0.714)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要7个时间间隔以便获得比Vout/Vin=3.5。
在时间间隔T1,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=0,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T2,Vb1=-Vref,Vb2=0,Vb3=-Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T3,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=0,并且Vb4=0。在时间间隔T4,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=0,并且Vb4=0。在时间间隔T5,Vb1=Vref,Vb2=0,Vb3=Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T6,Vb1=0,Vb2=-Vref,Vb3=0,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T7,Vb1=-Vref,Vb2=0,Vb3=0,并且Vb4=-4Vref
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T5(P=5)期间处于导通状态,并且在时间间隔T6和T7(N=7)处于不导通状态。
图13c包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=2.33(D=0.571)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要7个时间间隔以便获得比Vout/Vin=2.33。
在时间间隔T1和T2,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T3,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T4,Vb1=Vref,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=Vref。在时间间隔T5,Vb1=0,Vb2=0,Vb3=0,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T6和T7,Vb1=0,Vb2=Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=-4Vref
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T4(P=4)期间处于导通状态,并且在时间间隔T5到T7(N=7)处于不导通状态。
图13d包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=1.75(D=0.429)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要7个时间间隔以便获得比Vout/Vin=1.75。
在时间间隔T1和T2,Vb1=0,Vb2=-Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T3,Vb1=0,Vb2=0,Vb3=0,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T4,Vb1=-Vref,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T5,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T6和T7,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=-4Vref
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T3(P=3)期间处于导通状态,并且在时间间隔T4到T7(N=7)处于不导通状态。
图13e包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=1.4(D=0.285)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要7个时间间隔以便获得比Vout/Vin=1.4。
在时间间隔T1,Vb1=Vref,Vb2=0,Vb3=0,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T2,Vb1=0,Vb2=Vref,Vb3=0,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T3,Vb1=-Vref,Vb2=0,Vb3=-Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T4和T5,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=0,并且Vb4=0。在时间间隔T6,Vb1=Vref,Vb2=0,Vb3=Vref,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T7,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=0,并且Vb4=-4Vref
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1和T2(P=2)期间处于导通状态,并且在时间间隔T3到T7(N=7)处于不导通状态。
图13f包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=1.17(D=0.143)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要7个时间间隔以便获得比Vout/Vin=1.17。
需要7个时间间隔以便获得比Vout/Vin=1.4。
在时间间隔T1,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=0,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T2,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T3,Vb1=Vref,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T4,Vb1=0,Vb2=0,Vb3=-Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T5,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T6和T7,Vb1=-Vref,Vb2=Vb3=Vb4=0。
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1和T2(P=1)期间处于导通状态,并且在时间间隔T3到T7(N=7)处于不导通状态。
图14a和14b是为了在周期性模式被分解成6个时间间隔时具有不同升压比的、由4个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例。
在行1401和1411中,等于1的值意味着Vb1=Vref,等于-1的值意味着Vb1=-Vref,并且等于0的值意味着Vb1=0。
在行1402和1412中,等于1的值意味着Vb2=Vref,等于-1的值意味着Vb2=-Vref,并且等于0的值意味着Vb2=0。
在行1403和1413中,等于1的值意味着Vb3=Vref,等于-1的值意味着Vb3=-Vref,并且等于0的值意味着Vb3=0。
在行1404和1414中,等于1的值意味着Vb4=4Vref,等于-1的值意味着Vb4=-4Vref,并且等于0的值意味着Vb3=0。
每个时间间隔T1到T6的持续时间是ΔT=T/N(N=6),其中T是由图1c的开关S4或图1d的开关S42’操作的周期的持续时间。
图14a包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=1.2(D=0.167)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要6个时间间隔以便获得比Vout/Vin=1.2。
在时间间隔T1,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T2,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=-4Vref。在时间间隔T3,Vb1=Vref,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T4,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T5和T6,Vb1=-Vref,Vb2=0,Vb3=0,并且Vb4=0。
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1到T5(P=5)期间处于导通状态,并且在时间间隔T6(N=6)处于不导通状态。
图14b包括为了具有比Vout/Vin=N/(N-P)=6(D=0.833)的、RLBC的各桥上的电压值。
需要6个时间间隔以便获得比Vout/Vin=1.2。
在时间间隔T1,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=4Vref。在时间间隔T2,Vb1=-Vref,Vb2=Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T3,Vb1=Vref,Vb2=Vref,Vb3=-Vref,并且Vb4=0。在时间间隔T4和T5,Vb1=Vref,Vb2=0,Vb3=0,并且Vb4=0。在时间间隔T6,Vb1=-Vref,Vb2=-Vref,Vb3=Vref,并且Vb4=-4Vref
当所述电压值是图1c的升压转换器的各桥的电压值时,开关S4在时间间隔T1(P=5)期间处于导通状态,并且在时间间隔T2到T6(N=6)处于不导通状态。
图15是对于由n个桥接器件构成的升压转换器根据本发明获得的传递函数曲线的实例。x轴表示RLBC的输入电压(Vin),以及y轴表示RLBC的输出电压(Vout)。
在图15中示出20条曲线。从左侧起始的第一条曲线是在RLBC的各桥的开关的切换模式等于图5a中所提到的切换模式时所获得的曲线。第一条曲线的高点显示出对应于图3a的行310的输入、输出和比特电压。
从左侧起始的下一条曲线是在RLBC的各桥的开关的切换模式等于图6a中所提到的切换模式时所获得的曲线。第二条曲线的高点显示出对应于图3a的下一行311的输入、输出和比特电压。
接下来的各条曲线分别对应于在RLBC的各桥的开关的切换模式等于在图3a的行312到330中所指示的图中提到的切换模式时所获得的曲线。第一条曲线的高点显示出对应于图3a的行312到330的输入、输出和比特电压。
图16是根据本发明的用于确定必须对于由n个桥接器件构成的升压转换器使用哪些开关命令的算法的实例。
本算法由器件20执行,其包括由n个桥接器件构成的升压转换器。
本算法可以由处理器200执行。
在步骤S1600,处理器200获得由n个桥接器件构成的升压转换器必须升压的输入电压Vin。举例来说,Vin可以是由数字转换器206对施加到由n个桥接器件构成的升压转换器的输入电压进行的测量的结果。作为另一实例,Vin可以通过由处理器200根据数字转换器206对其他信号(比如比特电压、输出电压、输入或输出电流)所做的另外的其他测量进行计算而确定,以便实现特定的调节功能。在本发明的特殊实施例中,所述调节功能被确定以便最大化经过由n个桥接器件构成的升压转换器的电功率。
在下一步骤S1601,处理器200获得由n个桥接器件构成的升压转换器必须在其中对输入电压进行升压的所期望的输出电压范围。该范围由最大电压值Vmax和最小电压值Vmin构成。举例来说,所期望的输出电压范围预先被已知为连接到由n个桥接器件构成的升压转换器的输出的负载设备的可接受输入范围。
在下一步骤S1602,处理器200获得由n个桥接器件构成的升压转换器理想地必须在所期望的范围内将输入电压Vin升压到的所期望的输出电压Vout。举例来说,所期望的输出电压Vout等于Vmax。在另一实例中,Vout等于(Vmax+Vmin)/2。
在下一步骤S1603,处理器200对于存储在ROM存储器202中的每个占空比D检查经升压的电压值Vboost=Vin/(1-D),并且在存储在ROM存储器202中的各个占空比当中选择其经升压的电压值Vboost与所期望的输出电压范围内的所期望的输出电压Vout最接近的占空比。
在下一步骤S1604,处理器200根据对应于在步骤S1603所选的占空比的、存储在存储器202中的模式来命令RLBC 205的各开关。
在变型中,处理器200根据从图5到9或10到14当中的相应图中所示出并且被存储在存储器202中的模式(其对应于在步骤S1603选择的占空比)的各列的排列而得到的模式来命令RLBC 205的各开关。
随后,处理器200返回到步骤S1600。
例如,在步骤S1600,处理器200获得输入电压Vin=145V。
在下一步骤S1601,处理器200获得输出电压Vmax=247V和Vmin=197V。
在下一步骤S1602,处理器200获得所期望的输出电压Vout=227V。
在下一步骤S1603,所述处理器选择在图5f中指示的D=0.375和模式,这是因为在所期望的输出范围内的输出电压当中,输出电压Vboost=145/(1-0.375)=232V最接近所期望的输出电压Vout。
作为另一实例,如果在步骤S1602所期望的输出电压是Vout=247V,则在步骤S803,所述处理器选择在图9c中指示的D=0.4和模式,这是因为在所期望的输出范围内的输出电压当中,输出电压Vboost=145/(1-0.4)=242V最接近所期望的输出电压Vout。
当然,在不背离本发明的范围的情况下,能够对上面描述的本发明的实施例做出许多修改。

Claims (14)

1. 用于控制由串联连接的n个桥接器件构成的升压转换器的输出电压的方法,每个桥接器件由多个开关以及电容器构成,其特征在于,所述方法包括根据被分解成N个时间间隔的周期性模式来控制所述开关的步骤,以及在每个时间间隔内,对于i从1到n,每个第i桥接器件的输入与输出之间的电压等于零值、或者数ki乘以正值、或者负的所述数ki乘以所述正值,以及所述正值是由n个桥接器件构成的所述升压转换器的输出电压除以所述周期性模式的时间间隔的数目的结果。
2. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,第i个桥接器件在所述周期性模式的第j个时间间隔期间的输入与输出之间的电压的矩阵Vij的秩是rk,rk是在所述周期性模式期间具有至少一个非零电压值的桥接器件的数目。
3. 根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,桥接器件在一个周期性模式的所述数目的时间间隔上的输入与输出之间的电压总和等于零值。
4. 根据权利要求1到3中的任一项所述的方法,其特征在于,第一桥接器件被连接到由n个桥接器件构成的所述升压转换器所升压的电源的端子之一,并且另一桥接器件的开关之一被连接到由n个桥接器件构成的所述升压转换器所升压的所述电源的另一端子,或者所述第一桥接器件被连接到由n个桥接器件构成的所述升压转换器所升压的电源的端子之一,并且由n个桥接器件构成的所述升压转换器还包括至少开关,所述开关被连接到所述另一桥接器件并且被连接到由n个桥接器件构成的所述升压转换器所升压的所述电源的所述另一端子。
5. 根据权利要求4所述的方法,其特征在于,对于所述周期性模式的时间间隔的第一子集当中的任何时间间隔,连接到由n个桥接器件构成的所述升压转换器所升压的所述电源的所述另一端子的所述开关在所述第一子集的时间间隔期间导通,并且桥接器件在所述第一子集的时间间隔期间的输入与输出之间的电压总和等于整数Kp乘以第一正值。
6. 根据权利要求4或5所述的方法,其特征在于,对于一个周期性模式的时间间隔的第二子集当中的任何时间间隔,连接到由n个桥接器件构成的所述升压转换器所升压的所述电源的所述另一端子的所述开关在所述第二子集的时间间隔期间不导通,并且桥接器件在所述第二子集的时间间隔期间的输入与输出之间的电压总和等于负的非零整数P乘以第一正值。
7. 根据权利要求5或6所述的方法,其特征在于,时间间隔的所述第一子集包括Kp个时间间隔,所述第二子集包括P个时间间隔,并且数目Kp等于所述周期性模式的时间间隔的数目减去数目P。
8. 根据权利要求2到7中的任一项所述的方法,其特征在于,所选模式由所述周期性模式的时间间隔中的排列给出。
9. 根据权利要求1到8中的任一项所述的方法,其特征在于,对于i从1到n,每个数ki等于2的i减1次方。
10. 根据权利要求9所述的方法,其特征在于,n等于3,k1等于1,k2等于2,k3等于4。
11. 根据权利要求1到8中的任一项所述的方法,其特征在于,n等于4,k1等于1,k2等于1,k3等于1,并且k4等于4。
12. 根据权利要求1到11中的任一项所述的方法,其特征在于,时间间隔的数目是在5到10之间包括的整数。
13. 根据权利要求1到12中的任一项所述的方法,其特征在于,所述方法还包括根据由n个桥接器件构成的所述升压转换器的输出电压的期望值在多个已存储的周期性模式当中选择一个模式的步骤。
14. 用于控制由串联连接的n个桥接器件构成的升压转换器的输出电压的设备,每个桥接器件由多个开关以及电容器构成,其特征在于,所述设备包括用于根据被分解成N个时间间隔的一个周期性模式来控制所述开关的装置,以及在每个时间间隔内,对于i从1到n,每个第i桥接器件的输入与输出之间的电压等于零值、或者数ki乘以正值、或者负的所述数ki乘以所述正值,所述正值是由n个桥接器件构成的所述升压转换器的输出电压除以所述周期性模式的时间间隔的数目的结果。
CN201080017778.3A 2009-04-23 2010-04-22 用于控制由多个桥接器件构成的升压转换器的输出电压的方法和设备 Expired - Fee Related CN102428637B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09158614.9 2009-04-23
EP09158614A EP2244368A1 (en) 2009-04-23 2009-04-23 Method and an apparatus for controlling the output voltage of a boost converter composed of plural bridge devices
PCT/EP2010/055311 WO2010122083A1 (en) 2009-04-23 2010-04-22 Method and an apparatus for controlling the output voltage of a boost converter composed of plural bridge devices

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102428637A true CN102428637A (zh) 2012-04-25
CN102428637B CN102428637B (zh) 2014-12-31

Family

ID=41129336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080017778.3A Expired - Fee Related CN102428637B (zh) 2009-04-23 2010-04-22 用于控制由多个桥接器件构成的升压转换器的输出电压的方法和设备

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8982588B2 (zh)
EP (2) EP2244368A1 (zh)
JP (1) JP2012525108A (zh)
CN (1) CN102428637B (zh)
WO (1) WO2010122083A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107980200A (zh) * 2015-04-17 2018-05-01 莱恩半导体股份有限公司 非对称切换电容器调节器
TWI691155B (zh) * 2018-12-12 2020-04-11 新唐科技股份有限公司 切換式電容直流對直流電源轉換器電路

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8525369B2 (en) * 2010-06-02 2013-09-03 GM Global Technology Operations LLC Method and device for optimizing the use of solar electrical power
US8817504B2 (en) 2012-02-29 2014-08-26 General Electric Company Multilevel converter and topology method thereof
FR2997582B1 (fr) * 2012-10-31 2018-10-19 Valeo Equipements Electriques Moteur Systeme d'alimentation electrique a double stockeurs d'energie electrique d'un vehicule automobile ou hybride
WO2014111595A1 (en) * 2013-01-21 2014-07-24 Abb Technology Ltd A multilevel converter with hybrid full-bridge cells
CN105191093B (zh) 2013-01-21 2018-03-13 Abb 技术有限公司 具有混合全桥单元的多级转换器
US9525348B1 (en) * 2015-07-31 2016-12-20 Abb Schweiz Ag Power converter having integrated capacitor-blocked transistor cells
EP3211784B1 (de) * 2016-02-25 2021-03-31 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Doppel-submodul für einen modularen mehrpunktstromrichter und modularer mehrpunktstromrichter mit diesem
DE102016109077A1 (de) 2016-05-18 2017-11-23 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben eines modularen Multilevelkonverters
US10270368B2 (en) * 2016-12-02 2019-04-23 Lawrence Livermore National Security, Llc Bi-directional, transformerless voltage system
DE102018125728B3 (de) * 2018-10-17 2020-02-27 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und System zur parallelen Schalttabellen-Optimierung für Multilevelkonverter
NL2031660B1 (en) * 2022-04-22 2023-11-07 Nowi Energy B V Inductor-less power converter

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3867643A (en) * 1974-01-14 1975-02-18 Massachusetts Inst Technology Electric power converter
US6198645B1 (en) * 1998-07-02 2001-03-06 National Semiconductor Corporation Buck and boost switched capacitor gain stage with optional shared rest state
CN1591534A (zh) * 2003-08-27 2005-03-09 则武伊势电子股份有限公司 用于真空荧光显示器的电源电路

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2765599A (en) * 1998-02-13 1999-08-30 Wisconsin Alumni Research Foundation Hybrid topology for multilevel power conversion
JPH11299226A (ja) * 1998-04-09 1999-10-29 Fuji Electric Co Ltd 直流電圧変換装置
DE69939801D1 (de) * 1998-04-24 2008-12-11 Nxp Bv Kombinierter kapazitiver aufwärts/abwärtswandler
JP2001069747A (ja) * 1999-08-27 2001-03-16 Texas Instr Japan Ltd 昇圧回路
JP2007282442A (ja) * 2006-04-11 2007-10-25 Fuji Electric Systems Co Ltd 交直変換回路
US7907429B2 (en) * 2007-09-13 2011-03-15 Texas Instruments Incorporated Circuit and method for a fully integrated switched-capacitor step-down power converter
US20100259955A1 (en) * 2007-12-11 2010-10-14 Tokyo Institute Of Technology Soft switching power converter
US8089787B2 (en) * 2008-06-27 2012-01-03 Medtronic, Inc. Switched capacitor DC-DC voltage converter
JP5028525B2 (ja) * 2008-07-24 2012-09-19 三菱電機株式会社 電力変換装置
EP2244363A1 (en) * 2009-04-23 2010-10-27 Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. Method and an apparatus for controlling the output voltage of a boost converter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3867643A (en) * 1974-01-14 1975-02-18 Massachusetts Inst Technology Electric power converter
US6198645B1 (en) * 1998-07-02 2001-03-06 National Semiconductor Corporation Buck and boost switched capacitor gain stage with optional shared rest state
CN1591534A (zh) * 2003-08-27 2005-03-09 则武伊势电子股份有限公司 用于真空荧光显示器的电源电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AMS AG: "AS1302 5v/30mA adaptive inductorless boost converter", 《DATASHEET-AUSTRIAMICROSYSTEMS》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107980200A (zh) * 2015-04-17 2018-05-01 莱恩半导体股份有限公司 非对称切换电容器调节器
CN107980200B (zh) * 2015-04-17 2020-10-13 莱恩半导体股份有限公司 非对称切换电容器调节器
TWI691155B (zh) * 2018-12-12 2020-04-11 新唐科技股份有限公司 切換式電容直流對直流電源轉換器電路

Also Published As

Publication number Publication date
EP2244368A1 (en) 2010-10-27
EP2422439A1 (en) 2012-02-29
JP2012525108A (ja) 2012-10-18
WO2010122083A1 (en) 2010-10-28
US8982588B2 (en) 2015-03-17
CN102428637B (zh) 2014-12-31
US20120038330A1 (en) 2012-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102428637B (zh) 用于控制由多个桥接器件构成的升压转换器的输出电压的方法和设备
US9929654B2 (en) High voltage gain DC/DC power electronic converters
US8482156B2 (en) Three phase power generation from a plurality of direct current sources
US8089178B2 (en) Three phase power generation from a plurality of direct current sources
EP2846448B1 (en) Switched capacitor power converter
US7446521B2 (en) DC DC voltage boost converter
KR101677705B1 (ko) 다중 출력 스위치드 캐패시터 dc-dc 변환기
CN102804572B (zh) 用于控制升压转换器的输出电压的方法和设备
CN112445264B (zh) 动作电压控制电路装置
US9948172B2 (en) Power converter for eliminating ripples
JP5805074B2 (ja) 複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターのスイッチを制御する方法及び装置
JP7096194B2 (ja) 直列接続された太陽電池又はその他の電源用の動作点制御回路装置
CN102428650A (zh) 用于控制缓冲电路的操作的方法和设备
Shaw et al. Switched-inductor based high voltage gain step-up DC-DC converter for photovoltaic micro-inverter application
CN115133872A (zh) 光储直流耦合系统及其检测方法
WO2004064234A2 (en) Converter
Taeed et al. Design and implementation of power flow control for a novel dual input DC-DC converter
CN110891347A (zh) 线性led驱动系统、线性升压电路及方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20141231

Termination date: 20170422

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee