CN102934341A - 使用波传播介质的电力转换装置及其操作方法 - Google Patents

使用波传播介质的电力转换装置及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本解决方案涉及电力转换装置(200，500)的操作。操作(901)第一门(205，505)以提供通过第一门(205，505)从输入(201，501)传播到波传播介质(105)的电压脉冲(309，609)。电压脉冲具有小于通过介质(105)到介质(105)的一端并且返回输入(201，501)的传播时间的持续时间(307，607)。脉冲产生反射波。操作(902)第一门(205，505)以周期性地提供与反射波同步的电压脉冲，从而累积在介质(105)中传播的反射波，通过累积间隔(303，603)执行累积。操作(903)第二门(207，507)以周期性地提供与反射波同步的放电脉冲(312，612)，从而使介质(105)中传播的波放电，通过放电间隔(310，610)执行所述放电。

Description

使用波传播介质的电力转换装置及其操作方法
技术领域
一般来说，本发明涉及电力转换装置以及用于操作电力转换装置的方法。更具体来说，本发明涉及操作利用波传播介质的电力转换装置。
背景技术
存在若干不同的解决方案以便向电路提供适当电压，作为电源电压以及作为输入到电路的电压。直流/直流(DC/DC)转换器常常用于将电压从固定电平转换成另一个电平，例如增压或减压。类似地，交流/直流(AC/DC)转换器用于将AC电压转换成某个电平的DC电压。
已知以开关方式将输电线用于DC/DC电压转换，其中，使用传输线中传播的短脉冲并且使开关同步以执行DC/DC电压转换。这例如通过WO2008/051119是已知的。
J.Phinney的“Multi-resonant passive components for power conversion”(Ph.D. Thesis，Dept. of Electrical Engineering and Comp. Science，Massachusetts Institute of Technology，Laboratory for Electromagnetic and Electronic Systems，2005)描述一种推挽转换器，其中，两个开关被用于在变压器次级产生AC方波输出。通过以具有适当动态的多谐振变压器取代中心抽头变压器，允许消除一个开关和初级绕组。多谐振变压器可以是单谐振链路或整个传输线。但是，开关消除示例只适用于变压器隔离电路，而不能用于基本的非隔离降压、升压或降压-升压电力转换电路中的开关消除。
通过使用微波传输线或者其它电传播介质，可转换电力。这可用于呈现DC/DC、AC/DC、DC/AC转换器或放大器以及无线电发射器系统。
常规DC/DC电压转换器的使用有时因响应时间和成本考虑而可能有问题。在高频应用中，这类元件需要被高度优化以正确工作。还存在对高频设备的供应商在所有等级的成本降低的不断增加的需求，例如在电信行业，成本降低和效率优化是强大的市场推动力。此外，对于高频应用中的放大器，情况也是这样。
取决于电路配置和应用，上述解决方案有时可能不是最佳的，并且备选解决方案可能更适合。此外，在高频应用中存在许多应用，其中对于不同类型的电力转换类型的解决方案可获得应用。
不同类型的电/通信配置可能在同一电路内以及在相互配合的不同模块中要求多个不同类型的解决方案。不同类型的解决方案不一定相互兼容，并且要求不同类型的知识基础。
射频应用引起复杂情况，以便提供用于向/从这类应用中的功能传递电信号/电力的可行解决方案。
现有技术的另一个缺点在于，电力转换解决方案要求大量半导体，这使电路庞大、复杂和昂贵。
图1a示出按照现有技术的过抽样(OVS)，它被定义为小于传输线105中的反射波的周期时间2td的开关103的活动操作状态的持续时间ton 101。活动状态是开关103接通的状态，即，它从不活动状态转到活动状态。图1b示出按照现有技术的二次抽样(SUS)，它被定义为等于或大于传输线105中的反射波的周期时间2td的开关103的活动操作状态的持续时间ton 101。通常是100-1000倍长。td(s)是传输线105中的传播时间。T(s)是传输线105输入处的电流阶跃的周期时间，T=2td。
在使用过抽样模式时，两个分离的DC输出电压可通过时间复用来共享相同电感和续流二极管元件，因而减少所需的半导体数量。过抽样模式还通过将传输线的端部之一设置成短接或开路，来实现极性变化可能性。在只使用过抽样时电力转换效率将会差。
当工作在过抽样模式时，例如从输入DC到输出DC电压的电压降相对于传输线在失配输出电容器中产生。但是，这种类型的失配电压转换(Γ≠1，Γ≠0，Γ≠-1)不会产生高于常规串联调节器、即低压降(Low Drop Out, LDO)调节器的电力转换效率。
发明内容
因此，目标问题是提供一种用于电力转换的备选机制。
按照本发明的第一方面，该目标问题通过一种用于操作电力转换装置的方法来解决。该电力转换装置包括至少一个电输入接口、至少第一电门和第二电门、至少一个电波传播介质以及可连接到负载的至少一个电输出接口。电输入接口、第一门、第二门、电波传播介质和电输出接口一起形成电路。操作第一门以切换到活动状态，使得提供通过第一门从电输入接口传播到电波传播介质的至少一个电压脉冲。至少一个电压脉冲具有小于通过电波传播介质的波传播时间的两倍、即2td的持续时间。至少一个电压脉冲在电波传播介质的一端被反射。操作第一门以周期性地切换到活动状态，提供与至少一个反射电波同步的至少一个累积电压脉冲，使得累积在电波传播介质中传播的反射电波，从而通过累积二次抽样间隔执行累积。操作第二门以周期性地切换到活动状态，致使提供与至少一个反射电波同步的至少一个放电电压脉冲，使得电波传播介质中传播的电波放电，通过放电二次抽样间隔执行所述放电。
按照本发明的第二方面，该目标问题通过一种电力转换装置来解决，该电力转换装置包括至少一个电输入接口、至少第一电门和第二电门、至少一个电波传播介质、可连接到负载的至少一个电输出接口。该电力转换装置还包括操作电路，操作电路配置成操作第一门以切换到活动状态，使得提供通过第一门从电输入接口传播到电波传播介质的至少一个电压脉冲。至少一个电压脉冲具有小于通过电波传播介质的波传播时间的两倍、即2td的持续时间。至少一个电压脉冲在电波传播介质的一端被反射。操作电路还配置成操作第一门以周期性地切换到活动状态，提供与至少一个反射波同步的至少一个累积电压脉冲，使得累积在电波传播介质中传播的反射电波，通过累积二次抽样间隔执行所述累积。操作电路更进一步配置成操作第二门以周期性地切换到活动状态，致使提供与至少一个反射波同步的至少一个放电电压脉冲，使得电波传播介质中传播的电波放电，通过放电二次抽样间隔执行所述放电。电输入接口、第一门、第二门、电波传播介质、电输出接口和操作电路一起形成电路。
由于利用波传播介质的电力转换装置中的第一和第二门的操作，提供一种用于电力转换的备选机制。这通过下列步骤来得到：操作第一门以切换到活动状态，使得提供通过第一门从电输入接口传播到电波传播介质的至少一个电压脉冲。至少一个电压脉冲具有小于通过电波传播介质的波传播时间的两倍、即2td的持续时间。至少一个电压脉冲在电波传播介质的一端被反射。操作第一门以周期性地切换到活动状态，提供与至少一个反射波同步的至少一个累积电压脉冲，使得累积在电波传播介质中传播的反射电波，通过累积二次抽样间隔执行所述累积。操作第二门以周期性地切换到活动状态，致使提供与至少一个反射波同步的至少一个放电电压脉冲，使得电波传播介质中传播的电波放电，通过放电二次抽样间隔执行所述放电。
本技术提供许多优点，其示例的非穷举列表如下：
本解决方案的一个优点在于，混合OVS/SUS模式中的时间复用呈现减少的半导体元件计数而保持高效率电力转换。这减小电力转换装置的物理尺寸、复杂度和成本，并且优化装置的效率。
本解决方案的另一个优点在于，有可能通过使传输线端部交替短接或开路来实现可控的输出电压极性，同时保持高的电力转换效率。这减小电力转换装置的物理尺寸和成本，并且优化装置的效率。例如AC/DC应用中的减少的半导体元件数量还降低了电力转换装置的复杂度。
本解决方案并不局限于上述特征和优点。本领域的技术人员在阅读以下详细描述后将会知道附加的特征和优点。
附图说明
现在通过参照示出本解决方案的实施例的附图，在以下详细描述中更详细地进一步描述本解决方案，其中：
图1a和1b是示出过抽样和二次抽样的现有技术原理的框图。
图2是示出按照本解决方案、可用于二次抽样和过抽样混合模式中的电力转换器装置的一个实施例的框图。
图3是示出按照本解决方案的第一实施例在二次抽样和过抽样混合模式中的电力转换器装置的操作的定时和幅度图。
图4是示出按照本解决方案的第二实施例在二次抽样和过抽样混合模式中的电力转换器装置的操作的定时和幅度图。
图5是示出按照本解决方案、可用于二次抽样和过抽样混合模式中的电力转换器装置的一个实施例的框图。
图6是示出按照本解决方案的第三实施例在二次抽样和过抽样混合模式中的电力转换器装置的操作的定时和幅度图。
图7是示出按照本解决方案的第四实施例在二次抽样和过抽样混合模式中的电力转换器装置的操作的定时和幅度图。
图8是示出工作在二次抽样和过抽样混合模式中的降压-升压转换器和降压转换器中的输入电流与输出电压波形之间的差异的图表。
图9是示出电力转换装置中的方法的实施例的流程图。
图10是示出电力转换装置的实施例的框图。
附图不一定按比例绘制，而是重点在于示出本解决方案的原理。
具体实施方式
本解决方案的基本概念在于，通过混合二次抽样和过抽样操作模式，元件资源的时间复用和电压极性交替是可能的，同时保持高的电力转换效率。
更详细来说，本解决方案涉及使用诸如传输(延迟)线之类的波传播介质或者诸如集总传输线、带状线、微带、印刷电路板(PCB)迹线、同轴电缆、人工传输线之类的类似输电延迟路径等等以及与传输线/路径相关的阻抗不匹配性质的电路中的电能的不同电力转换。当电波在传输线/路径中传送并且遇到阻抗不匹配时，电波的至少一部分被反射回到传输线/路径中。
二次抽样作用、连同过抽样技术以及连同适当的电元件一起可用于执行例如在下列各项中得到应用的不同类型的电力转换：
-降压转换器；
-脉冲功率放大器交替；
-波形发生器或位控DC/DC转换器/放大器；
-连续功率放大器；
-升压转换器；
-具有开关模式生成的载波的无线电发射器；
-具有共享至少一个半导体的多个输出电压的减压或增压(step down- or up) DC/DC转换器；
-具有减少数量的半导体的AC/DC转换器；
-具有减少数量的半导体的DC/AC转换器。
按照本解决方案，电力转换可实现为不同实施例，例如实现为降压转换器、升压转换器或降压-升压转换器。降压转换器又称作减压转换器，而升压转换器又称作增压转换器。不同转换器可工作在不同模式，诸如二次抽样模式、过抽样模式或者二次抽样和过抽样混合模式。
下面所示的减压转换器可具有多个独立地控制的输出电压。输出电压将共享相同的续流二极管和传输线105。因此，与两个常规降压转换器相比，这个电路将减少所需半导体的数量。下表1中示出常规降压转换器中的半导体的数量与混合SUS/OVS减压转换器中所需的半导体的数量。这种半导体减少也可用于混合SUS/OVS增压转换器，作为对两个或更多常规升压转换器的备选方案。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
下文仅适用于二次抽样/过抽样混合模式。将各输出电压指配给时隙td(s)。在这个时隙期间，电感器、即传输线可用于与所保持高电力转换效率无关地为各输出电压存储或续流能量。这可被看作是续流二极管和电感器资源的时间复用。应当注意，可用总输出功率对于增加的输出电压数量是恒定的。
图2示出按照本解决方案、作为工作在所谓的二次抽样和过抽样混合模式下的降压-升压转换器来例示的电力转换器装置200。电力转换器装置200包括电压输入接口VIN 201、输入电容CIN 203、第一电门(例如开关S1 205)，S1连接到第二电门(例如开关S2 207)，并且其公共节点连接到传输线TL 105。传输线TL 105具有输入端和输出端。输出端、即传输线TL 105的远端连接到地。传输线TL 105具有特性阻抗Z0。电压输入接口VIN 201可由例如10 V DC的DC电压源来供电。传输线TL 105连接到输出电容COUT 209、电压输出接口VOUT(V)211和负载RLOAD 213。输入电容CIN 203用作传输线TL 105的低阻抗源，以及输出电容COUT 209在没有能量从传输线提供时保持输出电压。负载RLOAD 213是通过输出电压接口VOUT(V) 211的输出电压的消耗者。开关控制电路215、例如微处理器连接到开关S1 205和S2 207，并且配置成控制和操作两个开关S1 205和S2 207。降压-升压转换器把在电压输入接口VIN 201来自电压输入源的输入电压调高或调低到输出电压VOUT(V)211。
按照本解决方案的第一实施例，在图3中示出作为工作在二次抽样和过抽样混合模式的降压-升压转换器例示的这个电力转换器装置200的操作。图3示出在装置200的操作的启动阶段的开关S1 205和开关S2 207的状态以及流入传输线TL 105的电流(iINTL)。电力转换器装置200的输出电压VOUT又如图3所示。下面结合图8给出输出电压VOUT的更详细描述。在稳态，当输出功率加上损耗等于输入功率时，输出电压VOUT 211将在固定DC电平、例如-20 VDC附近波动。损耗可以是CIN、S1、S2、TL、COUT中的损耗以及附加PCB损耗。交叉阴影框表示电流波的幅度，以及箭头表示电流波的传播方向，而其上示出电流波的线条在y轴表示零电流电平并且在x轴表示沿传输线TL 105的单位为米的位置。
二次抽样周期301在图3中例示为10td，并且描述重复累积二次抽样间隔303的周期。第一开关S1 205的累积二次抽样间隔303描述在传输线TL 105累积电波的间隔。第二开关S2 207的放电二次抽样间隔310描述通过第二开关S2 207使累积电波放电的间隔。过抽样周期305示为2td。过抽样间隔307在这里采用td/4时间长度来例示。第一开关S1 205和第二开关S2 207由开关控制单元215周期性地操作。开关205、207在时间上相互实质分离地位于导通位置，即处于活动状态。
启动时的操作循环如图3所示，并且在下文描述：
t<0
没有能量驻留在传输线TL 105或输出电容器COUT 209中。输出电压211为零。输入电容器CIN 203电压等于对输入电压接口201所施加的DC电压。
t=0
开关S1 205短暂接通，从而形成例如长度为td/4的过抽样间隔307。加交叉阴影的正电流波318和正电压波传播到传输线105中。在这个过抽样间隔期间，流入TL 105的电流iINTL 313由电压接口201处的输入DC除以传输线TL 105的特性阻抗给定。
t=td/2
电流波已经到达传输线TL 105的中途。
t=td
电流波到达传输线TL 105的短路远端。因此，电流波将以未改变的符号被全反射，而电压波将改变极性。
t=1.5td
反射电流波已经到达返回传输线TL 105的输入端的路途的中途。
t=2td
反射电流波到达传输线TL 105的输入端。开关S1 205对第二时间并且以相同过抽样间隔持续时间接通。电流波这时将在输入电容器CIN 203的低阻抗中几乎被完全反射。CIN 203大，并且在出现反射波的频率f=1/2td具有极低阻抗。电流波将具有未改变的符号，而电压波将改变极性。
同时，开关S1 205的第二次接通生成第二电流波，而能量从DC电压源提供给输入电压接口201。第二所生成电流波将叠加于第一所生成电流波上。这能够在传输线TL 105的输入电流314的增加以及在t=2.5td处的累积合成/所产生电流波(加交叉阴影)的图形呈现中看到。
t=2.5td
合成电流波已经到达传输线TL 105的中途。
t=3td
合成电流波到达传输线TL 105的短路远端。合成电流波将以未改变的符号被全反射，而电压波将改变极性。
t=3.5td
反射合成电流波已经到达返回传输线TL 105的输入端的路途的中途。
t=4td
反射合成电流波到达传输线TL 105的输入端。开关S1 205第三次接通。第二次执行前面所述的叠加，参见t=2td。
t=4.25td
能量累积二次抽样间隔303结束。
t=4.5td
合成电流波已经到达传输线TL 105的中途。
t=5td
合成电流波到达传输线TL 105的短路远端。合成电流波将以未改变的符号被全反射，而电压波将改变极性。
t=5.5td
反射合成电流波已经到达返回传输线TL 105的输入端的路途的中途。
t=6td
开关S2 207在过抽样间隔307期间以与先前所使用的相同长度短暂312接通。这个接通形成放电二次抽样间隔310的开始。
传输线TL 105中累积的能量这时部分放电到并联耦合的输出电容器COUT 209和负载RLOAD 213中。流入这两个元件的电流在315示出。输出电压VOUT 211将开始从零伏上升。
t=6.5td
在并联耦合的输出电容器COUT 209和负载RLOAD 213中反射的合成电流波已经到达传输线TL 105的中途。负载RLOAD 213将被提供来自输出电容器COUT 209的能量。因此，输出电压VOUT 211将缓慢降低。
t=7td
合成电流波到达传输线TL 105的短路远端。合成电流波将以未改变的符号被全反射，而电压波将改变极性。负载RLOAD 213将被提供来自输出电容器COUT 209的能量。因此，输出电压VOUT 211将缓慢降低。
t=7.5td
反射合成电流波已经到达返回传输线TL 105的输入端的路途的中途。负载RLOAD 213将被提供来自输出电容器COUT 209的能量。因此，输出电压VOUT 211将缓慢降低。
t=8td
第二开关S2 207在过抽样间隔307期间以与先前所使用的相同长度第二次短暂接通。传输线TL 105中累积的能量这时第二次部分放电到并联耦合的输出电容器COUT 209和负载RLOAD 213中。流入这两个元件的电流在316示出。输出电压VOUT 211将开始第二次上升。
t=8.25td
能量放电二次抽样间隔310结束。
负载RLOAD 213将被提供来自输出电容器COUT 209的能量。因此，输出电压VOUT 211将缓慢降低，直到开始下一个放电二次抽样间隔。
t=10td
第一个二次抽样周期301结束，并且新的周期开始。
图4示出按照本解决方案的第二实施例、例示为二次抽样和过抽样混合操作模式下的降压-升压转换器的电力转换器装置200的操作，但是其中，过抽样周期405被选择为图3所示的先前过抽样周期2td 305除以整数，本例中为td/2。如果使用PCB迹线，则td可例如在ns范围内，或者如果使用集总TL，则例如在μs范围内。图4中例示的电力转换器装置200的操作，除了该过程在每个2td时帧期间重复两次之外，与图3中所示的操作相当。因此，不进一步论述图4。电力转换器装置200的输出电压VOUT也示于图4中。下面给合图8给出输出电压VOUT的更详细描述。
图5示出按照本解决方案的另一个实施例、例示为工作在二次抽样和过抽样混合模式下的降压转换器、即减压转换器的电力转换器装置500。电力转换器装置500包括电压输入VIN 501、输入电容CIN 503、连接到第二电门(例如开关S2 507)的第一电门(例如开关S1 505)。电压输入VIN 501可以例如是10 V DC。传输线TL 105连接到输出电容COUT 509、电压输出VOUT(V)511和负载RLOAD 513。开关控制电路515，例如微处理器，连接到开关S1 505和S2 507，并且配置成控制和操作两个开关，即，接通和断开开关。
工作在二次抽样和过抽样混合模式的所例示降压转换器沿用先前对于降压-升压转换器所述的相同的典型波形，只不过输出电压按照稍微不同的方式上升。因此，以下部分仅描述降压-升压转换器与降压转换器操作之间的主要差别。
图6示出按照第三实施例、其中过抽样周期605为2td的例示为二次抽样和过抽样混合操作模式中的降压转换器的电力转换器装置500的操作。电力转换器装置200的输出电压VOUT也示于图6中。下面结合图8给出输出电压VOUT的更详细描述。参见图3中的降压-升压电路的时间实例的先前描述。
图7示出按照本解决方案的第四实施例、其中过抽样周期705为td/2的例示为二次抽样和过抽样混合模式中的降压转换器的电力转换器装置500的操作。电力转换器装置200的输出电压VOUT也示于图7中。参见结合图4的降压-升压电路的时间实例的先前描述。
图8示出在2td的过抽样周期时间工作在二次抽样和过抽样混合模式中的降压-升压转换器与降压转换器中的波形之间的主要差别。在二次抽样间隔301期间，在降压-升压转换器中，负载RLOAD 213没有直接或间接连接到电压输入接口201处的输入电源。在启动时801，在传输线TL 105中累积能量，并且电流按照图3中的iINTL和图8中的802增加。在这个二次抽样间隔期间没有向负载RLOAD 213提供能量。直到能量放电二次抽样间隔310开始，传输线TL 105才为电容器COUT 209和RLOAD 213提供能量，并且输出电压将开始上升211、803。
在累积二次抽样间隔603期间，在降压转换器电路中，负载RLOAD 513通过传输线TL 105间接地连接到输入电源501。在启动时801，在传输线TL 105中累积能量，并且电流按照图6中的iINTL和图8中的804增加。同时，但是以td时间延迟，通过传输线TL 105为电容器COUT 509和RLOAD 513提供能量，这将在能量累积二次抽样间隔期间使输出电压上升511、805。
上述差别与常规降压-升压转换器和使用电感器作为能量存储装置的常规降压转换器的比较类似。
现在将从电力转换装置200、500的观点来看，描述上述方法。图9是描述用于操作电力转换装置200、500的本方法的流程图。电力转换装置200、500包括至少一个电输入接口201、501、至少第一电门205、207和第二电门207、507、至少一个电波传播介质105以及可连接到负载213、513的至少一个电输出接口211、511。第一电门205、505和第二电门207、507可在时间上相互实质分离地处于导通位置。电力转换装置200、500可以是DC/DC转换器、AC/DC转换器或DC/AC转换器、功率放大器、具有载波生成和混和器或调制放大器的无线电发射器。第一电门205、505和第二电门207、507可使用开关控制单元215、515来操作。
电输入接口201、501、第一门205、505、第二门207、507、电波传播介质105和电输出接口211、511一起形成电路。电路可按照不同方式来配置，例如图5和图2中所例示。
该方法包括待执行的其它步骤：
步骤901
操作第一门205、505以从不活动状态切换到活动状态，使得提供通过第一门205、505从电输入接口201、501传播到电波传播介质105的至少一个电压脉冲309、609。至少一个电压脉冲具有小于通过电波传播介质105的波传播时间的两倍、即2td的持续时间307、607。换言之，持续时间307、607小于通过电波传播介质105到电波传播介质105的一端并且返回第一门205、505的波传播时间。至少一个电压脉冲在电波传播介质105的一端被反射，产生至少一个反射电波。
多个电压脉冲309、609可形成脉冲串409、709。
步骤902
操作第一门205、505以周期性地切换到活动状态，从而提供与至少一个反射电波同步的至少一个累积电压脉冲，使得累积在电波传播介质105中传播的反射电波，通过累积二次抽样间隔303、603执行所述累积。
多个累积电压脉冲309、609可形成累积电压脉冲串409、709。
步骤903
操作第二门207、507以周期性地切换到活动状态，致使提供与至少一个反射波同步的至少一个放电电压脉冲312、612，使得电波传播介质105中传播的电波放电，通过放电二次抽样间隔310、610执行所述放电。
在一些实施例中，二次抽样周期301、601和放电二次抽样间隔310、610随时间依次并且反复地重复。
步骤902中提到的累积二次抽样间隔303、603以及放电二次抽样间隔310、610可具有不同的长度或者相同的长度。
多个放电电压脉冲312、612可形成放电电压脉冲串412、712。
在一些实施例中，第一门205、505切换到活动状态的操作以及第二门207、507切换到活动状态的操作使得在电波传播介质105中产生所得到的多个反射电波。如在例如图3和图6中看到的，所得到的波的形状和持续时间随时间实质上是恒定的，而所得到的波的幅度随时间而改变。但是，在电波传播介质105的端点，所得到的波的形状和持续时间与所示波不同。即，所得到的波的形状和持续时间仅当波处于波传播介质105的“中间”时才实质上是恒定的。
在一些实施例中，第一门205、505和第二门207、507的活动状态的持续时间形成恒定的并且周期性地重复以形成过抽样周期305、605的过抽样间隔307、607，所述活动状态具有小于通过电波传播介质105的波传播时间的两倍的持续时间。通过以过抽样周期305、605的数量调整累积二次抽样间隔303、603来控制所累积反射电波和电输出接口211、511。
在一些实施例中，第一门205、505和第二门207、507的活动状态的持续时间形成恒定的并且周期性地重复以形成过抽样周期305、605的过抽样间隔307、607，所述活动状态具有小于通过电波传播介质105的波传播时间的两倍的持续时间。通过以过抽样周期305、605的数量调整放电二次抽样间隔310、610来控制电输出接口211、511。
在一些实施例中，第一门205、505和第二门207、507的活动状态的持续时间形成恒定的并且周期性地重复以形成过抽样周期305、605的过抽样间隔307、607，所述活动状态具有小于通过电波传播介质105的波传播时间的两倍的持续时间。通过调整累积二次抽样间隔303、603与放电二次抽样间隔310、610之间的关系、即占空比来控制电输出接口211、511，而累积二次抽样间隔303、603与放电二次抽样间隔310、610之间的关系是通过调整它们的过抽样周期305、605的数量来调整的。
在一些实施例中，第一门205、505和第二门207、507的活动状态的持续时间形成周期性地重复以形成过抽样周期305、605的过抽样间隔307、607，所述活动状态具有小于通过电波传播介质105的波传播时间的两倍的持续时间。通过调整累积二次抽样间隔303、603和放电二次抽样间隔310、610期间的过抽样间隔307、607来控制电输出接口211、511。
在一些实施例中，操作902第一门205、505以周期性地切换到活动状态以及操作903第二门207、507以周期性地切换到活动状态使得在电波传播介质105中产生所得到的多个反射电波。所得到的波的持续时间随时间实质上是恒定的，而所得到的波的幅度随时间而改变。
为了执行图9所示的用于操作电力转换装置的方法步骤，电力转换装置包括如图10所示的电力转换装置布置。图10中的粗箭头表示电力转换装置中的电力流。电力转换装置包括至少一个电输入接口201、501、至少第一电门205、505和第二电门207、507、至少一个电波传播介质105以及可连接到负载213、513的至少一个电输出接口211、511。第一电门205、505和第二电门207、507在时间上相互实质分离地处于导通位置。电力转换装置200、500可以是DC/DC转换器、AC/DC转换器、DC/AC转换器、功率放大器、具有载波生成和混合器或调制放大器的无线电发射器。
电力转换装置200、500还包括操作电路1001，操作电路1001配置成操作第一门205、505以切换到活动状态，使得提供通过第一门205、505从电输入接口201、501传播到电波传播介质105的至少一个电压脉冲309、609。至少一个电压脉冲具有小于通过电波传播介质105的波传播时间的两倍、即2td的持续时间307、407。至少一个电压脉冲在电波传播介质105的一端被反射。操作电路1001还配置成操作第一门205、505以周期性地切换到活动状态，提供与至少一个反射电波同步的至少一个累积电压脉冲，使得累积在电波传播介质105中传播的反射电波，通过累积二次抽样间隔303、603执行所述累积。操作电路1001还配置成操作第二门207、507以周期性地切换到活动状态，致使提供与至少一个反射电波同步的至少一个放电电压脉冲312、612，使得电波传播介质105中传播的电波放电，通过放电二次抽样间隔310、610执行所述放电。
在一些实施例中，累积二次抽样周期303、603和放电二次抽样间隔310、610随时间依次并且反复地重复。
操作电路1001还配置成从多个电压脉冲309、609形成脉冲串409、709。
操作电路1001还配置成从多个放电电压脉冲412、712形成放电电压脉冲串。
电力转换装置200、500包括配置成操作第一电门205、505和第二电门207、507的开关控制单元215、515。
电输入接口201、501、第一门205、505、第二门207、509、电波传播介质105、电输出接口211、511、操作电路1001和开关控制单元215一起形成电路。这些元件可按照不同方式来布置，例如图5和图2中所例示。
在一些实施例中，第一门205、505和第二门207、507的活动状态的持续时间形成恒定的并且周期性地重复以形成过抽样周期305、605的过抽样间隔307、607，所述活动状态具有小于通过电波传播介质105的波传播时间的两倍的持续时间。通过以过抽样周期305、605的数量调整累积二次抽样间隔303、603来控制所累积反射电波和电输出接口211、511。
在一些实施例中，第一门205、505和第二门207、507的活动状态的持续时间形成恒定的并且周期性地重复以形成过抽样周期305、605的过抽样间隔307、607，所述活动状态具有小于通过电波传播介质105的波传播时间的两倍的持续时间。通过以过抽样周期305、605的数量调整放电二次抽样间隔310、610来控制电输出接口211、511。
在一些实施例中，第一门205、505和第二门207、507的活动状态的持续时间形成恒定的并且周期性地重复以形成过抽样周期305、605的过抽样间隔307、607，所述活动状态具有小于通过电波传播介质105的波传播时间的两倍的持续时间。通过调整累积二次抽样间隔303、603与放电二次抽样间隔310、610之间的关系、即占空比来控制电输出接口211、511，而累积二次抽样间隔303、603与放电二次抽样间隔310、610之间的关系是通过调整它们的过抽样周期305、605的数量来调整的。
在一些实施例中，第一门205、505和第二门207、507的活动状态的持续时间形成周期性地重复以形成过抽样周期305、605的过抽样间隔307、607，所述活动状态具有小于通过电波传播介质105的波传播时间的两倍的持续时间。通过调整累积二次抽样间隔303、603和放电二次抽样间隔310、610期间的过抽样间隔307、607来控制电输出接口211、511。
在一些实施例中，操作902第一门205、505以周期性地切换到活动状态以及操作903第二门207、507以周期性地切换到活动状态使得在电波传播介质105中产生所得到的多个反射电波，所得到的波的持续时间随时间实质上是恒定的，而所得到的波的幅度随时间而改变。
除了图2-7中所描述的降压和降压-升压电路之外，所述二次抽样和过抽样混合操作模式也可用于升压、、单端初级电感转换器(SEPIC)或其它类型的非隔离或变压器隔离电力转换器电路(任何图中均未示出)。
用于操作电力转换装置的本机制可通过诸如图10所示的电力转换装置中的处理器1003之类的一个或多个处理器连同用于执行本解决方案的功能的计算机程序代码来实现。处理器可以是例如数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)处理器、现场可编程门阵列(FPGA)处理器或微处理器。上述程序代码还可作为计算机程序产品来提供，例如采取携带用于在被加载到控制装置时执行本解决方案的计算机程序代码的数据载体的形式。一种这样的载体可采取压缩盘只读存储器(CD ROM)盘的形式。但是，采用诸如存储棒之类的其它数据载体是可行的。计算机程序代码还可作为服务器上的纯程序代码来提供，并且远程下载到控制装置。
本解决方案并不局限于上述优选实施例。可使用各种备选、修改和等效方案。因此，以上实施例不应当视为限制所附权利要求限定的本解决方案的范围。
应当强调，在本说明书中使用时，术语“包括”用来指明存在所述特征、整数、步骤或元件；但是并不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、元件或者它们的组。
还应当强调，所附权利要求中限定的方法的步骤可按照与它们在权利要求书中出现的顺序不同的另一顺序来执行，而没有背离本解决方案。
缩写词和定义
AC 交流
ASIC 专用集成电路
CD ROM 压缩盘只读存储器
DC 直流
DSP 数字信号处理器
FPGA 现场可编程门阵列
LDO 低压降
OVS 过抽样
PCB 印刷电路板
SEPIC 单端初级电感转换器
SUS 二次抽样
TL 传输线。

Claims (15)

1. 一种用于操作电力转换装置(200，500)的方法，所述电力转换装置(200，500)包括至少一个电输入接口(201，501)、至少第一电门(205，505)和第二电门(207，507)、至少一个电波传播介质(105)以及可连接到负载(213，513)的至少一个电输出接口(211，511)，所述电输入接口(201，501)、第一门(205，505)、第二门(207，507)、电波传播介质(105)和电输出接口(211，511)一起形成电路，所述方法包括：
操作(901)所述第一门(205，505)以切换到活动状态，使得提供通过所述第一门(205，505)从所述电输入接口(201，501)传播到所述电波传播介质(105)的至少一个电压脉冲(309，609)，所述至少一个电压脉冲具有小于通过所述电波传播介质(105)的波传播时间的两倍、即2td的持续时间(307，607)，并且所述至少一个电压脉冲在所述电波传播介质(105)的一端被反射；
操作(902)所述第一门(205，505)以周期性地切换到活动状态，从而提供与所述至少一个反射电波同步的至少一个累积电压脉冲，使得累积在所述电波传播介质(105)中传播的所述反射电波，通过累积二次抽样间隔(303，603)执行所述累积；以及
操作(903)所述第二门(207，507)以周期性地切换到活动状态，致使提供与所述至少一个反射电波同步的至少一个放电电压脉冲(312，612)，使得所述电波传播介质(105)中传播的所述电波放电，通过放电二次抽样间隔(310，610)执行所述放电。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，多个电压脉冲(309，609)形成脉冲串(409，709)。
3. 如权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中，多个放电电压脉冲(312，612)形成放电电压脉冲串(412，712)。
4. 如权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，所述第一电门(205，505)和第二电门(207，507)处于在时间上相互实质分离的导通位置。
5. 如权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中，所述第一门(205，505)和所述第二门(207，507)的活动状态的持续时间形成恒定的并且周期性地重复以形成过抽样周期(305，605)的过抽样间隔(307，607)，所述活动状态具有小于通过所述电波传播介质(105)的所述波传播时间的两倍的持续时间，并且其中，通过以过抽样周期(305，605)的数量调整所述累积二次抽样间隔(303，603)来控制所累积反射电波和所述电输出接口(211，511)。
6. 如权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中，所述第一门(205，505)和所述第二门(207，507)的活动状态的持续时间形成恒定的并且周期性地重复以形成过抽样周期(305，605)的过抽样间隔(307，607)，所述活动状态具有小于通过所述电波传播介质(105)的所述波传播时间的两倍的持续时间，并且其中，通过以过抽样周期(305，605)的数量调整所述放电二次抽样间隔(310，610)来控制所述电输出接口(211，511)。
7. 如权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中，所述第一门(205，505)和所述第二门(207，507)的活动状态的持续时间形成恒定的并且周期性地重复以形成过抽样周期(305，605)的过抽样间隔(307，607)，所述活动状态具有小于通过所述电波传播介质(105)的所述波传播时间的两倍的持续时间，并且其中，通过调整所述累积二次抽样间隔(303，603)与所述放电二次抽样间隔(310，610)之间的关系，即占空比，来控制所述电输出接口(211，511)，而所述累积二次抽样间隔(303，603)与所述放电二次抽样间隔(310，610)之间的关系是通过调整它们的过抽样周期(305，605)的数量来调整的。
8. 如权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中，所述第一门(205，505)和所述第二门(207，507)的活动状态的持续时间形成周期性地重复以形成过抽样周期(305，605)的过抽样间隔(307，607)，所述活动状态具有小于通过所述电波传播介质(105)的所述波传播时间的两倍的持续时间，其中，通过调整所述累积二次抽样间隔(303，603)和所述放电二次抽样间隔(310，610)期间的所述过抽样间隔(307，607)来控制所述电输出接口(211，511)。
9. 如权利要求1-8中的任一项所述的方法，其中，操作(902)所述第一门(205，505)以周期性地切换到活动状态以及操作(903)所述第二门(207，507)以周期性地切换到活动状态使得在所述电波传播介质(105)中产生所得到的多个反射电波，所得到的波的持续时间随时间实质上是恒定的，而所得到的波的幅度随时间而改变。
10. 如权利要求1-9中的任一项所述的方法，其中，所述累积二次抽样间隔(303，603)和所述放电二次抽样间隔(310，610)随时间依次并且反复地重复。
11. 如权利要求1-10中的任一项所述的方法，其中，所述电力转换装置(200，500)是DC/DC转换器、AC/DC转换器、DC/AC转换器、功率放大器、具有载波产生和混和器或调制放大器的无线电发射器其中之一。
12. 如权利要求1-11中的任一项所述的方法，其中，所述第一电门(205，505)和所述第二电门(207，507)使用开关控制电路(215，515)来操作。
13. 一种电力转换装置(200，500)，包括：
至少一个电输入接口(201，501)，
至少第一电门(205，505)和第二电门(207，507)，
至少一个电波传播介质(105)，
可连接到负载(213，513)的至少一个电输出接口(211，511)，以及
操作电路(1001)，配置成：
操作所述第一门(205，505)以切换到活动状态，使得提供通过所述第一门(205，505)从所述电输入接口(201，501)传播到所述电波传播介质(105)的至少一个电压脉冲(309，609)，所述至少一个电压脉冲具有小于通过所述电波传播介质(105)的波传播时间的两倍、即2td的持续时间(307，607)，所述至少一个电压脉冲在所述电波传播介质(105)的一端被反射；
操作所述第一门(205，505)以周期性地切换到活动状态，从而提供与所述至少一个反射波同步的至少一个累积电压脉冲，使得累积在所述电波传播介质(105)中传播的所述反射电波，从而通过累积二次抽样间隔(303，603)执行所述累积；以及
操作所述第二门(207，507)以周期性地切换到活动状态，致使提供与所述至少一个反射电波同步的至少一个放电电压脉冲(312，612)，使得所述电波传播介质(105)中传播的所述电波放电，通过放电二次抽样间隔(310，610)执行所述放电，
其中，所述电输入接口(201，501)、所述第一门(205，505)、所述第二门(207，507)、所述电波传播介质(105)、所述电输出接口(211，511)和所述操作电路(1001)一起形成电路。
14. 如权利要求13所述的电力转换装置(200，500)，其中，所述第一门(205，505)和所述第二门(207，507)的活动状态的持续时间形成恒定的并且周期性地重复以形成过抽样周期(305，605)的过抽样间隔(307，607)，所述活动状态具有小于通过所述电波传播介质(105)的所述波传播时间的两倍的持续时间，并且其中，通过以过抽样周期(305，605)的数量调整所述累积二次抽样间隔(303，603)来控制所累积反射电波和所述电输出接口(211，511)。
15. 如权利要求13-14中的任一项所述的电力转换装置(200，500)，还包括配置成操作所述第一电门(205，505)和所述第二电门(207，507)的开关控制电路(215，515)。
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