CN103166467B - 一种具有输入电压平衡电路的转换器电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有输入电压平衡电路的转换器电路，包括多个输入端彼此电性串联连接、输出端彼此电性并联连接的模块；还包括多个开关电路，每个开关电路的电性连接至对应模块与紧邻的下一个模块的输入端之间的连接节点，通过对调节对应模块或与所述对应模块紧邻的下一个模块的输入电压使其在所述预设范围内；当对应模块或与所述对应模块紧邻的下一个模块的输入电压在从第一预设值到大于第一预设值的第二预设值之间的预设范围内时，所述开关电路运行在断开状态；当对应模块或与所述对应模块紧邻的下一个模块的输入电压超出了所述预设范围内时，所述开关电路运行在导通状态。

Description

一种具有输入电压平衡电路的转换器电路及方法

技术领域

本发明涉及一种转换器，更具体地，涉及一种利用一个或多个开关电路来平衡或调节交错模块或谐振转换器的输入电压的转换器电路及方法。

背景技术

DC/DC(直流/直流)转换器是一种将直流电源从一个电压值转换到另一个电压值的电子装置。

由多个交错的LLC电路组成的谐振转换器，由于能够提高电源转换效率并减少转换器输出电流的杂波，而被广泛应用。一个示例性的具有交错的LLC电路的谐振转换器在本申请要求优先权的美国专利申请13/090,925和12/394,571中被公开，包括具有相同结构的两个LLC谐振转换器，这两个LLC谐振转换器的输入端电性串联、输出端电性并联以使它们共享同一个输入电压源，共同为同一个负载供电。对于这样一个转换器，多个LLC电路之间的电流平衡，是通过自动调节LLC谐振转换器的输入电压、同时保持LLC谐振转换器的开关频率一致来实现的。然而，在特定的操作条件下，可能出现两个LLC谐振转换器的输入电压不平衡的情况，例如，一个输入电压非常高而另一个非常低，这会使得一个LLC谐振转换器的组件的额定电压过高，进而影响LLC谐振转换器的正常运行。

因此，需要解决这个在本技术领域迄今为止没有解决的技术问题，以克服其缺陷和不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转换器电路及方法，其有效地解决了现有技术中由于两个谐振转换器之间的输入电压不平衡而影响谐振转换器正常运行的问题。

本发明一方面提供了一种转换器电路。在一个实施例中，所述转换器电路包括多个模块，多个电压源和多个开关电路。

每个模块都具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端。除了最后一个模块以外的其他任何一个模块的第二输入端电性连接至与其紧邻的下一个模块的第一输出端，多个模块的所有第一输出端和所有第二输出端电性并联连接。

在一个实施例中，每个模块包括一个谐振转换器，所述谐振转换器包括串联谐振DC/DC转换器或一个LLC并联DC/DC转换器。

在一个实施例中，多个模块运行在大致相同的频率。

每个电压源具有第一电源终端和第二电源终端。多个电压源彼此电性串联连接，也就是说，除了最后一个电压源以外的其他任何一个电压源的第二电源终端电性连接至与所述电压源紧邻的下一个电压源的第一电源终端，第一个电压源的第一电源终端电性连接至所述多个模块的第一个模块的第一输入端，所述最后一个电压源的第二电源终端电性连接至所述多个模块的最后一个模块的第二输入端。

作为一个实施例，每个电压源包括极性电容。

每个开关电路具有第一开关终端和第二开关终端，在不允许有电流从所述第一开关终端和所述第二开关终端之间通过时，所述开关电路处于断开状态；当允许有电流从所述第一终端和所述第二终端之间通过时，所述开关电路处于导通状态。每个开关电路的第一开关终端电性连接至对应模块的第二输入端和与所述对应模块紧邻的下一个模块的第一输入端之间的连接节点；每个开关电路的第二开关终端电性连接至对应电压源的第二电源终端和与所述对应电压源紧邻的下一个电压源的第一电源终端。

在操作过程中，当对应模块或与所述对应模块紧邻的下一个模块的输入电压在从第一预设值到大于第一预设值的第二预设值之间的预设范围内时，所述开关电路运行在断开状态；当对应模块或与所述对应模块紧邻的下一个模块的输入电压超出了所述预设范围内时，所述开关电路运行在导通状态，从而，通过对应电压源或与所述对应电压源紧邻的下一个电压源，调节对应模块或与所述对应模块紧邻的下一个模块的输入电压使其在所述预设范围内。

在一个实施例中，所述每个开关电路包括开关。

在另一个实施例中，每个开关电路还包括电阻，所述电阻电性连接至所述开关。

在一个实施例中，所述开关包括双向瞬态电压抑制器、压敏电阻、气体管、继电器、一个或多个晶体管、或其组合。

在一个实施例中，所述转换器电路包括多个输入电容，每个输入电容具有第一电容终端和第二电容终端，每个电容的第一电容终端电性连接至对应模块的第一输入端，每个电容的第二电容终端电性连接至对应模块的第二输入端。

所述转换器电路还包括一个输出电容，所述输出电容具有第一终端，电性连接至每个模块的第一输出端；所述输出电容还具有第二终端，电性连接至每个模块的第二输出端。

所述转换器电路还包括一个控制器，所述控制器用于通过检测每个模块的输入电压来控制对应的开关电路。

在一个实施例中，所述转换器电路还包括功率因数校正电路，所述功率因数校正电路电性连接于所述多个电压源与外部电源之间。

此外，所述转换器电路还可包括电磁干扰滤波器，所述电磁干扰滤波器电性连接与所述功率因数校正电路和所述外部电源之间。

从本发明还提供另一种转换器电路，包括多个模块，每个模块具有第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端；除了最后一个模块以外的其他任何一个模块的第二输入端都电性连接至与所述模块紧邻的下一个模块的第一输入端；所述多个模块的所有第一输出端和所有第二输出端电性并联。

所述转换器电路还包括多个开关电路，每个开关电路具有第一开关终端、第二开关终端；在不允许有电流从所述第一开关终端和所述第二开关终端之间通过时，所述开关电路处于断开状态；当允许有电流从所述第一终端和所述第二终端之间通过时，所述开关电路处于导通状态；每个开关电路的第一开关终端电性连接至对应模块的第二输入端和与所述对应模块紧邻的下一个模块的第一输入端之间的连接节点；当对应模块或与所述对应模块紧邻的下一个模块的输入电压在从第一预设值到大于第一预设值的第二预设值之间的预设范围内时，所述开关电路运行在断开状态；当对应模块或与所述对应模块紧邻的下一个模块的输入电压超出了所述预设范围内时，所述开关电路运行在导通状态，从而，调节对应模块或与所述对应模块紧邻的下一个模块的输入电压使其在所述预设范围内。

进一步地，所述转换器电路还包括多个电压源，每个电压源具有第一电源终端和第二电源终端；除了最后一个电压源以外的其他任何一个电压源的第二电源终端电性连接至与所述电压源紧邻的下一个电压源的第一电源终端；第一电压源的第一电源终端电性连接至所述多个模块的第一个模块的第一输入端，所述最后一个电压源的第二电源终端电性连接至所述多个模块的最后一个模块的第二输入端；每个开关电路的第二开关终端电性连接至对应电压源的第二电源终端和与所述电压源紧邻的下一个电压源的第一电源终端之间的连接节点。

更进一步地，所述转换器电路还包括控制器，所述控制器用于通过检测每个模块的输入电压来控制对应的开关电路。

在一个实施例中，每个模块包括谐振转换器，所述谐振转换器包括LLC串联谐振DC/DC转换器或者并联谐振DC/DC转换器。

在一个实施例中，所述每个开关电路包括开关。

在另一个实施例中，所述每个开关电路还包括电阻，所述电阻电性连接至所述开关。

在一个实施例中，所述开关包括双向瞬态电压抑制器、压敏电阻、气体管、继电器、一个或多个晶体管、或其组合。

从本发明还提供一种调节具有多个模块的转换器电路的输入电压的方法，其中，每个模块具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述多个模块的所有的第一输入端和第二输入端电性串联连接，所述多个模块的所有的第一输出端和第二输出端电性并联连接。在一个实施例中，每个模块包括谐振转换器，所述谐振转换器包括LLC串联谐振DC/DC转换器或者并联谐振DC/DC转换器。

在一个实施例中，所述方法包括以下步骤：

设置多个开关电路，每个开关电路具有第一开关终端、第二开关终端；当不允许有电流从第一终端和第二终端之间通过时，所述开关电路处于断开状态；当允许有电流从第一终端和第二终端之间通过时，所述开关电路处于导通状态；其中每个开关电路的第一开关终端电性连接至对应模块的第二输入端与紧邻的下一个模块的第一输入端之间的连接节点；

使得，当一个模块的输入电压在一个从第一预设值到一个大于第一预设值的第二预设值之间的预设范围内时，对应的开关电路运行在断开状态，而当一个模块的输入电压超出了预设范围时，对应的开关电路运行在导通状态，从而调节该模块的输入电压使其在所述预设范围内。

所述方法还可包括检测每个模块的输入电压的步骤。

此外，所述方法还包括设置多个电压源的步骤，其中每个电压源具有第一电源终端和第二电源终端；除最后一个电压源以外的其他任何一个电压源的第二电源终端电性连接至与其紧邻的下一个电压源的第一电源终端，第一个电压源的第一电源终端电性连接至所述多个模块的第一个模块的第一输入端，最后一个电压源的第二电源终端电性连接至所述多个模块的最后一个模块的第二输入端；每个开关电路的第二开关终端电性连接至对应的电压源的第二电源终端和紧邻的下一个电压源的第一电源终端之间的连接节点。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种转换器电路及方法，能够有效地实现多个模块的输入电压之间的平衡。

附图说明

下面结合附图对本发明的几个优选的实施例进行描述，本发明的上述提及的以及其他方面将会被清楚地阐述，且在不偏离本发明所公开的新的技术构思的精神和范围条件下，本领域技术人员能够轻易地做出一些变化和改动。

图1为本发明一个实施例的转换器电路的示意图；

图2为图1所示的转换器电路的一种具体实现方式的电路图；

图3为图2所示的转换器电路的输入电压与输出电压的关系示意图；

图4为本发明一个实施例的转换器电路的示意图；

图5为本发明一个实施例的转换器电路的一种具体实现方式的电路图；

图6为本发明另一个实施例的转换器电路的一种具体实现方式的电路图；

图7为本发明再一个实施例的转换器电路的一种具体实现方式的电路图；

图8为本发明一个实施例的转换器电路的示意图；

图9为本发明另一个实施例的转换器电路的示意图；

图10为本发明再一个实施例的转换器电路的示意图；

图11(A)至(E)示出在本发明的转换器电路中所使用的不同类型的开关。

具体实施方式

下面参考附图，通过展示几个示例性的实施例对本发明进行更为充分的描述。本发明能够通过多种形式实施，不应该理解为仅限于下面所列举的几种实施例。提供这些实施例是为了使本发明公开彻底和完整，充分地向本领域技术人员传达本发明的保护范围。其中，相同的标号表示相同的元件。

本申请文件所使用技术用语的目的仅在于描述特定的实施例，并非想要限定本发明。正如下面使用的，除非文中清楚指明，否则单数形式也意图包括复数形式。还应理解，本申请文件所使用的术语“包括”、“具有”和/或“有”，用于指定所述特征、部位、整体、步骤、操作、元件、和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、部位、整体、步骤、操作、元件、组件、和/或其他一类事物。

除非特别限定，本申请文件所使用的所有术语(包括科技和自然术语)，和本领域技术人员通常理解的释义相同。还应理解，如通常使用的字典所定义的，解释时应当与相关文献和现有公开技术中的释义一致，不应该解释得随意或过于正式，除非本申请文件有明确定义。

本申请文件中所使用的“约”、“大约”或“大致”所修饰的数值的误差范围一般是容许在百分之二十以内，较佳地是于百分之十以内，而更佳地是于百分五之以内。此处给出的数值为近似值，即术语“约”“大约”或“大致”如果没有明确说明可对所修饰的数值进行适当推断。

下面结合图1-11对本发明的几个实施例进行描述。依据本发明的目的，正如如下将要体现和概述的，本发明从一个方面来说，涉及一种利用开关电路来平衡输入电压的转换器电路及方法。在一个实施例中，所述转换器电路为谐振转换器。

图1示出了本申请要求优先权的申请号为13/090,925和申请号为12/394,571的美国专利申请所公开的一种谐振转换器100的示意图。所述转换器100具有两个并联连接的、以交错模式运作的谐振电路110。通常，在一个谐振转换器当中，是通过改变它的谐振频率来实现不同的交流输出。然而，对于这样一个转换器100，两个并联连接的谐振电路111和112以交错模式运作，它们在大致相同的开关频率下运行，并且通过自动调节两个并联连接的谐振电路111和112的输入电压来平衡输出电流。因此，每个谐振电路111或112的运行是完全同步的，进而减少谐振电路111和谐振电路112的输入电容C_in1和C_in2的电流杂波。

图2示出了谐振转换器100的一种具体的实现方式。每个模块(谐振转换器)111或112具有串联连接的全桥式结构(Q11/2，Q21/2，Q31/2和Q41、2)的LLC谐振电路。通过自动调节输入电容C_in1和C_in2的输入电压V_in1和V_in2，于运行在大致相同的频率的同时，LLC谐振电路111和112的输出电流实现平衡。由于从外部电源输入的输入电压V_in是固定的，输入电压V_in1和V_in2之中的任何一个的变化都会导致节点A的电压的变化。在正常运行过程中，节点A是浮动的，它的电压随着不同的负载条件而不同。因此，在正常运行过程中，需要将两个LLC谐振电路111和112的输入电压差被保持在理想的范围内，例如，小于20V。据此，一个相同的电路设计(结构)适用于每个模块(谐振转换器)，并简化了转换器的整体设计。如图3所示，两个LLC谐振电路111和112之间的输入电压差(V_in1-V_in2)随两个LLC谐振电路111和112的输出电流的变化而变化。在特定的输出电流条件下，输入电压差非常大，可能达到30％。这会导致LLC谐振电路111和112的电子元件(例如开关)损坏，或需要使用更多的电子元件来承担较高的额定电压。

根据本发明，适合将一个或多个开关电路用于这样的转换器或者转换器电路，来平衡或调节交错的模块或者谐振转换器电路的输入电压。现在参考图4，其示出了根据本发明的一个实施例的转换器电路400。转换器电路400与图1所示的转换器电路100相似，包括两个彼此交错连接的谐振转换器电路模块411和412。此外，转换器电路400还包括两个电压源421和电压源422以及一个开关电路431。

每个谐振转换器电路模块411或412包括第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端。第一谐振转换器电路模块411的第二输入端与第二谐振转换器电路模块412的第一输入端电性连接，两个谐振转换器电路模块411和412的第一输出端电性连接到一起，两个谐振转换器电路模块411和412的第二输出端电性连接到一起。此外，每个谐振转换器电路模块411或412包括一个输入电容C_in1或C_in2，所述输入电容被电性连接于谐振转换器电路模块411或412的第一输入端和第二输入端之间。输入电容C_in1或C_in2的电压V_in1或V_in2是相应的谐振转换器电路模块411或412的输入电压。

每个电压源421或422包括第一电源终端和第二电源终端。两个电压源彼此电性串联，即，第一电压源421的第二电源终端电性连接至第二电压源422的第一电源终端。第一电压源421的第一电源终端电性连接至第一谐振转换器电路模块411的第一输入端。第二电压源422的第二电源终端电性连接至第二谐振转换器电路模块412的第二输入端。

开关电路431包括第一开关终端，该第一开关终端电性连接至第一谐振转换器电路模块411的第二输入端和第二谐振转换器电路模块412的第一输入端之间的输入连接节点A1，开关电路431还包括第二开关终端，该第二开关终端电性连接至第一电压源421的第二电源终端和第二电压源422的第一电源终端的连接节点B1。在不允许有电流从第一开关终端和第二开关终端之间通过时(即不允许有电流从第一开关终端或第二开关终端之一到第一开关终端到第二开关终端中的另一个通过时)，开关电路431的状态为断开；在允许有电流从第一开关终端和第二开关终端之间通过时(即允许有电流从第一开关终端或第二开关终端之一到第一开关终端到第二开关终端中的另一个通过时)，开关电路431的状态为导通。

在操作过程中，当第一谐振转换器电路模块411或第二谐振转换器电路模块412的输入电压V_in1或V_in2在从第一预设值到一个大于第一预设值的第二预设值的这样一个预设范围内时，则开关电路431处于断开状态。当第一谐振转换器电路模块411或第二谐振转换器电路模块412的输入电压V_in1或V_in2超出了所述的预设范围，则开关电路431处于导通状态，即由于开关电路431的导通，使得第一谐振转换器电路模块411和第二谐振转换器电路模块412电性连接至第一电压源421和第二电压源422。因此，第一谐振转换器电路模块411的输入电压V_in1和第二谐振转换器电路模块412的输入电压V_ins分别随着第一电压源421的电压V1和第二电压源422的电压V2的变化而变化。由于第一电压源421的输入电压V1或第二电压源422的输入电压V2能够从外部进行控制，因此，可以容易地将第一谐振转换器电路模块411的输入电压V_in1和第二谐振转换器电路模块412的输入电压V_in2调整到预设范围内。输入电压的第一预设值和第二预设值以及预设范围为谐振转换器电路模块411或412的设计参数，在谐振转换器电路模块411或412的不同设计中可以具有不同的数值。

如图4所示，开关电路431包括开关S1。开关S1可以为任何一种类型的开关，例如，如图11所示，可以为双向瞬态电压抑制器(TVS)、压敏电阻、气体管、继电器、一个或多个晶体管，或者其任意组合。开关电路431还可包括与开关S1电性连接的阻抗Z1。

图5-7分别示出了图4中所示的谐振转换器电路400的三种具体的实施电路500、600、700。如图5所示，在转换器电路500中，每个谐振转换器电路模块411或412均包括一串联连接的、具有相同结构的LLCs。在这一示例性实施例中，LLC谐振转换器电路模块411或412包括一个由四个电性串联至LLC谐振电路的开关Q11/Q12和Q21/Q22和Q31/Q32以及Q41/Q42组成的全桥电路，还包括一个半桥电路，所述半桥电路包括两个二极管D11/D21和D12/D22，所述二极管通过变压器T1或T2与全桥电路电耦合。本领域技术人员应该明白，其他类型的LLC谐振转换器电路，如并联连接的LLC谐振转换器电路，也能够应用于本发明，更进一步的，其他方式配置的LLC谐振电路也能被应用于本发明。

在图5所示的示例性的实施例中，每个电压源包括一个极性电容C_p1或C_p2。更进一步的，采用单相或三相功率因数校正电路(PFC)，来与电压源和外部电源(图中由R，S，T示出)进行电耦合。谐振转换器电路模块411或412通过总线BUS+和总线BUS-连接到电压源，其中，总线BUS+和总线BUS-的电压差能够通过电压源被维持在稳定的范围内。

如上所述，即使BUS+和BUS-的电压在运行过程中保持稳定，LLC谐振转换器电路模块411的输入电压V_in1和LLC谐振转换器电路模块412的输入电压V_in2仍然会在某些情况下不平衡。为了平衡LLC谐振转换器电路模块411的输入电压V_in1和LLC谐振转换器电路模块412的输入电压V_in2，开关电路431连接在LLC谐振转换器电路模块411和412(节点A1处)与电压源(节点B1处)之间。当LLC谐振转换器电路模块411的输入电压V_in1和LLC谐振转换器电路模块412的输入电压V_in2超出了预设范围，开关431被激活以处于导通状态，进而会有电流在LLC谐振转换器电路模块411和412与电压源之间流过。由于节点B1处的电势是由PFC电路决定的，所以电压V1和电压V2可以非常稳定，并且适于分别调节输入电压V_in1和V_in2。

图6示出的谐振转换器电路600与图5所示的转换器电路500在本质上是相同的，其中，PFC电路为三相Vienna PFC电路。

如图7所示，谐振转换器电路700除了谐振转换器电路600的配置以外，还包括电性连接在三相Vienna PFC电路和外部电源(图中由R，S，T示出)之间的电磁干扰滤波器(EMI)。

参考图8，其示出了根据本发明的一个实施例的转换器电路800的示意图。转换器电路800是图4所示的谐振电路的扩展。转换器电路800包括n个并联的、在交错模式下运作的谐振转换器电路模块，n个电压源，V1，V2，...，Vn，和n个输入电容C1，C2，...，Cn，以及(n-1)个开关电路830，还有用于提供输出电压的输出电容Cf，其中，n是一个大于2的自然数。

每个谐振转换器电路模块均包括一个第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端。除了第n个谐振转换器电路模块以外的其他的谐振转换器电路模块的第二输入端均电性连接至与其紧邻的下一个谐振转换器电路模块的第一输入端，多个模块的所有的第一输出端和第二输出端电性并联连接。每个谐振转换器电路模块可以是一个LLC串联谐振DC/DC转换器或LLC并联谐振DC/DC转换器。

每个电容C1，C2，...，Cn分别电性连接在对应模块的第一输入端和第二输入端之间。

每个电压源V1，V2，...Vn分别包括第一电源终端和第二电源终端。这n个电压源彼此电性串联连接，也就是说，除了第n个电压源以外的其他任何一个第二电源终端均电性连接至与其紧邻的下一个电压源的第一电源终端。第一个电压源V1的第一电源终端电性连接至第一个谐振转换器电路模块的第一输入端。第n个电压源Vn的第二电源终端电性连接至第n个谐振转换器电路模块的第二输入端。

每个开关电路830包括一个第一开关终端和一个第二开关终端。每个开关电路830的第一开关终端电性连接至对应的谐振转换器电路模块的第二输入端与紧邻的下一个谐振转换器电路模块的第一输入端之间的连接节点(A1，A2，...，An-1)，每个开关电路830的第二开关终端电性连接至对应的电压源的第二电源终端与紧邻的下一个电压源的第一电源终端之间的连接节点(B1，B2，...，Bn-1)。每个开关电路830，在不允许有电流从第一开关终端和第二开关终端之间流过时，开关电路830为断开状态，在允许有电流从第一开关终端和第二开关终端之间流过时，开关电路830为导通状态。

在运行过程中，当对应的谐振转换器电路模块或者与它紧邻的下一个谐振转换器电路模块的输入电压在第一预设值到一个大于第一预设值的第二预设值之间的预设范围内时，开关电路处于断开状态，当对应的谐振转换器电路模块或与其紧邻的下一个谐振转换器电路模块的输入电压超出了所述的预设范围，则开关电路处于导通状态，以便，通过对应的电压源或者与其紧邻的下一个电压源，将对应的谐振转换器电路模块或者与其紧邻的下一个谐振转换器电路模块的输入电压调节到所述的预设范围内。每个开关电路830包括一个开关(S1，S2，...，或Sn-1)。所述开关可以为任何一种类型的开关，如双向TVS管，压敏电阻、气体管、继电器、一个或者多个晶体管，或其任意组合。每个开关电路830还进一步包括与所述开关电性连接的阻抗(Z1，Z2，...，或Zn-1)。

图9示出了根据本发明的一个实施例的转换器电路900。转换器电路900大体上与图8所示的转换器电路800相同。但是转换器电路900包括n个模块，代替了n个谐振转换器。每个模块可以包括一个谐振转换器或其他电路。相似地，每个模块的输入电压能够被对应的电压源通过对应的开关电路进行调节。

如图10所示，转换器电路1000还包括一个控制器1050，适用于检测每个模块的输入电压以操作对应的开关电路。例如，基于所检测的n个模块的输入电压，控制器1050可能生成多个开关驱动信号，S1_driver，S2_driver，...，Sn-1_driver。每个开关驱动信号，S1_driver，S2_driver，...，Sn-1_driver，被应用于对应的开关电路，以使开关处于断开状态或是导通状态。

图11列出了几种能够应用于本发明的开关。其中，图11(A)为一双向TVS管，当TVS管承担的电压小于额定电压时，会具有非常大的电阻，此时对应于TVS管的断开状态。当TVS管承担的电压大于额定电压时，TVS管会出现雪崩击穿电压导致的压降，此时对应于TVS管的导通状态。图11(B)为一压敏电阻。当该压敏电阻的两端承受的电压小于它的额定电压时，该压敏电阻呈现非常大的电阻，此时对应于压敏电阻的断开状态。当压敏电阻两端的电压大于它的额定电压时，会产生额定压降，此时对应于压敏电阻的导通状态。图11是一气体管。气体管在两端承受的电压小于额定电压值时为开路，此时对应于气体管的断开状态。气体管被导通后呈现短路，当气体管两端承受的电压值大于其额定电压时，气体管出现大幅压降乃至零电压，此时对应于气体管的导通状态。图11(D)为两个MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半导体场效晶体管)，图11(E)为一个串联连接的全桥MOSFET，图11(D)和图11(E)所示的两个电路，基于加在其上的电压，都可以被控制，而使其处于断开或导通状态。很显然，本领域普通技术人员能够意识到，也可以采用其他类型的开关来实施本发明。

从一个方面来说，本发明还涉及到一种对具有多个模块的转换器电路的输入电压进行调节的方法，其中，每个模块具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述多个模块的所有的第一输入端和第二输入端电性串联连接，所述多个模块的所有的第一输出端和第二输出端电性并联连接。

在一个实施例中，所述方法包括以下步骤：

设置多个开关电路，每个开关电路具有第一开关终端、第二开关终端，当不允许有电流从第一开关终端和第二开关终端之间通过时，为断开状态，当允许有电流从第一开关终端和第二开关终端之间通过时，为导通状态，其中每个开关电路的第一开关终端电性连接至对应模块的第二输入端与紧邻的下一个模块的第一输入端之间的连接节点；并且根据每个模块的输入电压，控制每个开关电路处于断开或导通状态，使得，当一个模块的输入电压在从第一预设值到一个大于第一预设值的第二预设值之间的预设范围内时，对应的开关电路运行在断开状态，而当该模块的输入电压超出了所述的预设范围时，对应的开关电路运行在导通状态，从而调节该模块的输入电压使其在所述的预设范围内。

所述方法还可进一步包括检测每个模块的输入电压的步骤。

此外，所述方法还可以包括设置多个电压源的步骤，其中每个电压源具有第一电源终端和第二电源终端，除最后一个电压源以外的其他任何一个电压源的第二电源终端电性连接至与其紧邻的下一个电压源的第一电源终端，第一个电压源的第一电源终端电性连接至所述多个模块的第一个模块的第一输入端，最后一个电压源的第二电源终端电性连接至所述多个模块的最后一个模块的第二输入端，每个开关电路的第二开关终端电性连接至对应的电压源的第二电源终端与紧邻的下一个电压源的第一电源终端之间的连接节点。

总之，除其他方面之外，本发明详述了包括多个模块以及多个开关电路的转换器电路，每个模块包括多个彼此电性串联连接的输入端和多个彼此电性并联连接的输出端，每个开关电路电性连接至对应的模块与紧邻的下一个模块的输入端之间的连接节点，并且当对应模块或者与紧邻的下一个模块的输入电压在第一预设值到一个大于第一预设值的第二预设值之间的预设范围内时，开关电路运行在断开状态，当输入电压超出了所述预设范围时，开关电路运行在导通状态，以便将对应模块或与其紧邻的下一个模块的输入电压调节在所述预设范围内。

上述描述对本发明的几个示例性实施例进行了介绍，目的仅在于解释和阐述本发明，并非详尽无遗，且不能将本发明限制在所公开的具体形式内，鉴于上述技术方案的启示，许多修改或变化都是可能的。

选择上述几个实施例并对其进行描述，意在解释本发明的操作原则以及实际应用，来促进本领域技术人员应用本发明和各种实施例，并且根据特定的用途来进行各种修改。在不偏离本发明所涉及的精神和范围前提下，替代的实施例对于本领域技术人员来说是显然的。因此，本发明的保护范围为权利要求书所定义的范围，而不是说明书中的描述和几个示例性的实施例。

Claims (24)

1.一种转换器电路，其特征在于，包括：

(a)多个模块，每个模块包括具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；其中，除了最后一个模块的其他任何一个模块的第二输入端电性连接至与所述模块紧邻的下一个模块的第一输入端；所述模块的所有的第一输出端和所有的第二输出端电性并联连接；其中所述多个模块运行在大致相同的频率；

(b)多个电压源，每个电压源具有第一电源终端和第二电源终端；其中，除了最后一个电压源以外的其他任何一个电压源的第二电源终端电性连接至与所述电压源紧邻的下一个电压源的第一电源终端；第一个电压源的第一电源终端电性连接至所述多个模块中的第一个模块的第一输入端；所述最后一个电压源的第二电源终端电性连接至所述多个模块中的最后一个模块的第二输入端；和

(c)多个开关电路，每个开关电路具有第一开关终端和第二开关终端；在不允许有电流从所述第一开关终端和所述第二开关终端之间通过时，所述开关电路处于断开状态；当允许有电流从所述第一开关终端和所述第二开关终端之间通过时，所述开关电路处于导通状态；每个开关电路的第一开关终端电性连接至对应模块的第二输入端和与所述对应模块紧邻的下一个模块的第一输入端之间的连接节点；每个开关电路的第二开关终端电性连接至对应电压源的第二电源终端和与所述对应电压源紧邻的下一个电压源的第一电压终端之间的连接节点；

使得，当对应模块或与所述对应模块紧邻的下一个模块的输入电压在从第一预设值到大于第一预设值的第二预设值的预设范围内时，所述开关电路运行在断开状态；当对应模块或与所述对应模块紧邻的下一个模块的输入电压超出了所述预设范围内时，所述开关电路运行在导通状态；从而，通过对应电压源或与所述对应电压源紧邻的下一个电压源，调节对应模块或与所述对应模块紧邻的下一个模块的输入电压使其在所述预设范围内。

2.根据权利要求1所述的转换器电路，其特征在于，还包括：

(a)多个输入电容，每个输入电容具有第一电容终端和第二电容终端；其中，每个电容的第一电容终端电性连接至对应模块的第一输入端，每个电容的第二电容终端电性连接至对应模块的第二输入端；和

(b)输出电容，所述输出电容具有电性连接至每个模块的第一输出端的第一终端，和电性连接至每个模块的第二输出端的第二终端。

3.根据权利要求1所述的转换器电路，其特征在于，还包括控制器，所述控制器用于通过检测每个模块的输入电压来控制对应的开关电路。

4.根据权利要求1所述的转换器电路，其特征在于，所述每个开关电路包括开关。

5.根据权利要求4所述的转换器电路，其特征在于，所述每个开关电路还包括电性连接至所述开关的电阻。

6.根据权利要求4所述的转换器电路，其特征在于，所述开关包括双向瞬态电压抑制器、压敏电阻、气体管、继电器、一个或多个晶体管，或其组合。

7.根据权利要求1所述的转换器电路，其特征在于，每个模块包括谐振转换器。

8.根据权利要求7所述的转换器电路，其特征在于，所述谐振转换器包括LLC串联谐振DC/DC转换器或者并联谐振DC/DC转换器。

9.根据权利要求1所述的转换器电路，其特征在于，每个所述电压源包括极性电容。

10.根据权利要求9所述的转换器电路，其特征在于，还包括功率因数校正电路，所述功率因数校正电路电性连接于所述多个电压源与外部电源之间。

11.根据权利要求10所述的转换器电路，其特征在于，还包括电磁干扰滤波器，所述电磁干扰滤波器电性连接与所述功率因数校正电路和所述外部电源之间。

12.一种转换器电路，其特征在于，包括：

(a)多个模块，每个模块具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；其中，除了最后一个模块以外的其他任何一个模块的第二输入端都电性连接至与所述模块紧邻的下一个模块的第一输入端；所述模块的所有第一输出端和所有第二输出端电性并联；其中所述多个模块运行在大致相同的频率；和

(b)多个开关电路，每个开关电路具有第一开关终端、第二开关终端；在不允许有电流从所述第一开关终端和所述第二开关终端之间通过时，所述开关电路处于断开状态；当允许有电流从所述第一开关终端和所述第二开关终端之间通过时，所述开关电路处于导通状态；每个开关电路的第一开关终端电性连接至对应模块的第二输入端和与所述对应模块紧邻的下一个模块的第一输入端之间的连接节点；

使得，当对应模块或与所述对应模块紧邻的下一个模块的输入电压在从第一预设值到大于第一预设值的第二预设值之间的预设范围内时，所述开关电路运行在断开状态，当对应模块或与所述对应模块紧邻的下一个模块的输入电压超出了所述预设范围内时，所述开关电路运行在导通状态；从而，调节对应模块或与所述对应模块紧邻的下一个模块的输入电压使其在所述预设范围内。

13.根据权利要求12所述的转换器电路，其特征在于，还包括多个电压源，每个电压源具有第一电源终端和第二电源终端；其中，除了最后一个电压源以外的其他任何一个电压源的第二电源终端电性连接至与所述电压源紧邻的下一个电压源的第一电源终端；第一个电压源的第一电源终端电性连接至所述多个模块中的第一个模块的第一输入端；所述最后一个电压源的第二电源终端电性连接至所述多个模块的最后一个模块的第二输入端；并且，每个开关电路的第二开关终端电性连接至对应电压源的第二电源终端和与所述电压源紧邻的下一个电压源的第一电源终端之间的连接节点。

14.根据权利要求12所述的转换器电路，其特征在于，还包括控制器，所述控制器用于通过检测每个模块的输入电压来控制对应的开关电路。

15.根据权利要求12所述的转换器电路，其特征在于，所述每个开关电路包括开关。

16.根据权利要求12所述的转换器电路，其特征在于，所述每个开关电路还包括电性连接至所述开关的电阻。

17.根据权利要求15所述的转换器电路，其特征在于，所述开关包括双向瞬态电压抑制器、压敏电阻、气体管、继电器、一个或多个晶体管、或其组合。

18.根据权利要求12所述的转换器电路，其特征在于，每个模块包括谐振转换器。

19.根据权利要求18所述的转换器电路，其特征在于，所述谐振转换器包括LLC串联谐振DC/DC转换器或者并联谐振DC/DC转换器。

20.一种调节具有多个模块的转换器电路的输入电压的方法，其中，每个模块具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述多个模块的所有的第一输入端和第二输入端电性串联连接，所述多个模块的所有的第一输出端和第二输出端电性并联连接；其中所述多个模块运行在大致相同的频率；所述方法包括以下步骤：

(a)设置多个开关电路，每个开关电路具有第一开关终端、第二开关终端；当不允许有电流从第一终端和第二终端之间通过时，所述开关电路处于断开状态；当允许有电流从第一终端和第二终端之间个通过时，所述开关电路处于导通状态；其中每个开关电路的第一开关终端电性连接至对应模块的第二输入端与紧邻的下一个模块的第一输入端之间的连接节点；和

(b)根据每个模块的输入电压控制每个开关电路处于断开或导通状态，使得，当一个模块的输入电压在从第一预设值到一个大于第一预设值的第二预设值之间的预设范围内时，对应的开关电路运行在断开状态，而当该模块的输入电压超出了所述预设范围时，对应的开关电路运行在导通状态，从而调节该模块的输入电压使其在预设范围内。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括检测每个模块的输入电压的步骤。

22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括设置多个电压源的步骤，其中每个电压源具有第一电源终端和第二电源终端；除最后一个电压源以外的其他任何一个电压源的第二电源终端电性连接至与其紧邻的下一个电压源的第一电源终端；第一个电压源的第一电源终端电性连接至所述多个模块的第一个模块的第一输入端；最后一个电压源的第二电源终端电性连接至所述多个模块的最后一个模块的第二输入端；每个开关电路的第二开关终端电性连接至对应的电压源的第二电源终端端和紧邻的下一个电压源的第一电源终端之间的连接节点。

23.根据权利要求20所述方法，其特征在于，每个模块包括谐振转换器。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述谐振转换器包括LLC串联谐振DC/DC转换器或者并联谐振DC/DC转换器。