CN110679078A - 用于飞行载具的滞环控制的dc-dc升压转换器 - Google Patents
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Abstract
一种功率转换单元可包括用于向电气负载(诸如，飞行载具上的一个或多个推进马达)提供高电压直流功率的两个或更多个功率模块。所述功率模块中的每一个可通过滞环控制，并且可包括一对或多对晶体管，所述一对或多对晶体管由门驱动器基于在参考电流与穿过升压电感器的感测电流之间的差值进行切换。所述功率模块的数量、大小和形状可被选择以适应所述电气负载，并且可根据需要导通或关断。所述功率转换单元可具有比满足所有预期的电气负载所需的功率模块至少多一个的功率模块，从而确保即使在所述功率模块中的一个发生任何类型的故障的情况下，所述功率转换单元也可继续提供功率。
Description
背景技术
如今，无人飞行载具(或“UAV”)在越来越多的应用中得到越来越频繁的使用，包括但不限于监视、执法、军事、安全、作物管理、检查或交付操作。现代无人飞行载具通常是包括许多螺旋桨、马达、通信装备、成像装置、功率源和各种其他部件或机器的集成系统，并且在一些实施方案中，其可被配置来取回、运输或存放各种大小的有效载荷。与其他动力载具(例如，有人飞行载具)相比，无人飞行载具的特征在于它们相对小的大小和高可操纵性，无人飞行载具通常可以较低的成本执行任务，并且对人类的风险水平也较低。
无人飞行载具包括用于为各种推进马达、控制面、控制系统、有效载荷接合系统和在其上设置的其他电气负载供电的电路。通常，无人飞行载具包括诸如直流(DC)电池的功率源，所述功率源通过成对的正极和负极引线向机载电气负载提供功率。此类功率源通常被构造来以标称电压电平或接近标称电压电平来提供功率，并且可例如通过从无人飞行载具中移除功率源并将功率源连接到充电引线来对其进行再充电，或者通过在无人飞行载具内部原地给功率源再充电来对其进行再充电。
电池的输出电压是其充电状态的函数。随着电池放电，电池的输出电压也随时间下降。在为无人飞行载具的一个或多个推进马达提供电池作为功率源的情况下，电池的输出电压的降低必然减少无人飞行载具可生成的推力的量。此外，无人飞行载具上的许多电气负载(诸如，推进马达)都经受起动电流或其他因素的激增，这可能会导致无人飞行载具上的电压电平以不当程度波动。
附图说明
图1A和图1B是根据本公开的实施方案的具有功率转换单元的一个飞行器的各方面的视图。
图2是根据本公开的实施方案的一个功率转换单元的框图。
图3是根据本公开的实施方案的可设置在功率转换单元中的一个功率级的原理图。
图4A和图4B是根据本公开的实施方案的用于操作功率转换单元的一个过程的流程图。
图5是根据本公开的实施方案的流动穿过一个功率转换单元的电流的曲线图。
图6A是根据本公开的实施方案的可设置在功率转换单元的功率级中的一个滞环控制器的原理图。
图6B和图6C是根据本公开的实施方案的流动穿过图6A的滞环控制器的电流的曲线图。
图7是根据本公开的实施方案的具有功率转换单元的一个飞行载具的各方面的视图。
图8是根据本公开的一个实施方案的瞬态输出功率的曲线图。
图9是根据本公开的一个实施方案的效率与功率的曲线图。
图10是根据本公开的一个实施方案的负载瞬态响应的曲线图。
图11是根据本公开的一个实施方案的输入电压瞬态响应的曲线图。
图12是根据本公开的模块故障期间的输出电压的曲线图。
图13是根据本公开的实施方案的一个系统的框图。
具体实施方式
如下文更详细地阐述的，本公开涉及用于提升直流(DC)电压电平的系统和方法。更具体地，本公开涉及被配置来响应于需求的变化而提升直流(DC)电压电平的功率转换单元。在一些实施方案中，功率转换单元可以可释放方式安装在期望增加的DC电压电平的飞行载具或其他系统内。功率转换单元可包括具有任何形状或大小的任何数量的功率模块，所述功率模块可以可释放方式安装在功率转换单元的外壳或其他类似结构内，并且可响应于需求的变化而被激活或停用。因此，功率转换单元提供了用于以期望的电压电平和电流电平提供功率来为无人飞行载具(“UAV”)或无人机上的负载供电的轻质容错系统。除此之外，功率模块可使用模拟部件而不是数字或软件驱动的部件进行操作，从而降低了此类模块可能经受一个或多个与软件相关的故障和/或黑客攻击的风险。在一些实施方案中，功率模块可以可释放方式安装在功率转换单元内。
参考图1A和图1B，示出根据本公开的实施方案的一种具有功率转换单元的飞行载具110的各方面的视图。如图1A所示，飞行载具110包括电池115 (或另一功率供应源)、多个马达120-1、120-2、120-3、120-4和功率转换单元130。
在一些实施方案中，电池115可以是锂离子电池，或者可替代地，任何其他类型的电池或其他动力电池单元，例如干电池单元或湿电池单元电池，诸如铅酸电池、镍镉电池或镍金属氢化物电池、或任何其他类型、大小或形式的电池。电池115可以是单个电池，或者可替代地，可以是多个电池或其他动力电池单元(例如，包括两个或更多个电池的动力组)。在一些实施方案中，电池115可具有四十五至六十伏特(45 V至60 V)的标称电压电平。在其他实施方案中，电池115可具有十二伏特(12 V)、二十四伏特(24 V)、三十六伏特(36 V)、四十八伏特(48 V)或任何其他电压电平的标称电压电平。可替代地或除此之外，飞行载具110可包括任何其他类型或形式的功率源。
在一些实施方案中，马达120-1、120-2、120-3、120-4可以是用于致使一个或多个螺旋桨以选定的速度或角速度旋转的任何类型或形式的马达或其他原动机。例如，马达120-1、120-2、120-3、120-4中的一个或多个可以是无刷DC马达，诸如外转式无刷马达或内转式无刷马达。可替代地，马达120-1、120-2、120-3、120-4中的一个或多个可以是并激马达、他励马达、永磁式马达、磁阻马达、磁滞马达、感应马达或同步马达。
图1A所示的功率转换单元130串联连接于电池115与马达120-1、120-2、120-3、120-4中的每一个之间的。功率转换单元130被示为具有外壳132，所述外壳132可以可释放方式安装在飞行载具110的机架内或安装到飞行载具110的机架上。
如图1B所示，功率转换单元130包括以可释放方式插入外壳或其他结构内的多个功率模块135-1、135-2、135-3、135-4。功率转换单元130还包括连接到电池115的正极引线125-1和负极引线125-2。功率转换单元130还包括用于向马达120-1、120-2、120-3、120-4和/或一个或多个速度控制系统或模块、或设置在飞行载具110上的任何其他电气负载提供功率的正极引线134-1和负极引线134-2。功率转换单元130还包括到一个或多个通信和/或控制系统的连接136，以及用于通过功率转换单元130对电池115充电的正极充电引线138-1和负极充电引线138-2。正极引线134-1、负极引线134-2、连接136、正极充电引线138-1和负极充电引线138-2可以是被配置来与在飞行载具110上操作的任何电气系统或通信系统以任何方式(例如，通过快速连接/断开端子)连接的任何插头、插孔或其他配合部件。
如图1B进一步所示，功率模块135-1、135-2、135-3、135-4以可释放方式插入功率转换单元130的外壳或其他结构内，使得功率模块135-1、135-2、135-3、135-4中的一个或多个可被替换而不影响功率转换单元130的操作。例如，功率模块135-1、135-2、135-3、135-4可被手动地或自动地从外壳132移除，并且在飞行载具110或功率转换单元130中的一个或两个停止运行之后，或者可替代地，在飞行载具110和/或功率转换单元130保持操作的同时，兼容的替换功率模块可被插入外壳132中。
功率模块135-1、135-2、135-3、135-4中的每一个包括：一个或多个部件，所述一个或多个部件用于接收以一个电压电平和/或电流水平的电功率，并且释放以一个或多个其他电压电平和/或电流水平的电功率；以及一个或多个隔离开关(例如，高侧开关)和/或电压调节器。例如，功率模块135-1、135-2、135-3、135-4中的每一个可包括具有一个或多个电感器、晶体管、电容器、放大器、门、电阻器和/或为飞行载具110上的马达120-1、120-2、120-3、120-4和其他电气负载提供功率可能需要的其他部件的电路。在一些实施方案中，功率转换单元130可被配置来以大于电池115的电压电平的电压电平生成电功率。例如，在功率模块135-1、135-2、135-3、135-4中的一个或多个功率模块操作的情况下，功率转换单元130可被配置来以大约一百五十伏特(150 V)的电压电平或任何其他电压电平给马达120-1、120-2、120-3、120-4或在飞行载具110上操作的任何其他电气负载分配电功率。
在一些实施方案中，相应的功率模块135-1、135-2、135-3、135-4的操作可由以监督角色操作的一个或多个计算机处理器触发，并且可响应于感测到的或预期的电气负载或需求的变化而选择相应的功率模块135-1、135-2、135-3、135-4中的一个或多个。例如，此类处理器可在马达120-1、120-2、120-3、120-4中的一个或多个的操作的同时或之后(例如，当感测到到此类马达的电流增加时，或在预期起动马达120-1、120-2、120-3、120-4中的一个或多个之前)发起模块中的一个或多个的操作。同样，当满足现有的电气负载不需要此类功率模块135-1、135-2、135-3、135-4时，此类处理器可停止运行功率模块135-1、135-2、135-3、135-4中的一个或多个。
功率转换单元130和功率模块135-1、135-2、135-3、135-4可具有任何大小，并且可采用任何形状或形式。例如，如图1A和图1B所示，功率转换单元130包括具有基本上正方形横截面的外壳132，并且功率模块135-1、135-2、135-3、135-4中的每一个具有矩形的罐状构造，例如，具有基本上正方形的横截面，从而在其中包括任何数量的电路部件。例如，功率模块135-1、135-2、135-3、135-4中的每一个可包括一个或多个印刷电路板或卡，所述一个或多个印刷电路板或卡具有一个或多个电感器、电容器、放大器、晶体管、开关、比较器或焊接、嵌入或以其他方式连结到其上的任何其他部件，以及在它们之间延伸的导体。在一些实施方案中，印刷电路板或卡可形成于单层中或由多层形成，并且可具有基板，所述基板具有以层合或以其他方式连结到其上的部件和/或层。
在一些实施方案中，功率模块135-1、135-2、135-3、135-4中的一个或多个可具有大约两英寸的第一尺寸(例如，宽度、深度或直径)和大约六英寸的第二尺寸(例如，高度)。可替代地，本公开的功率转换单元和/或功率模块可具有任何其他形状和/或横截面。功率转换单元130和/或相应的功率模块135-1、135-2、135-3、135-4的尺寸也可被选择以在其中容纳任何部件。此外，功率模块135-1、135-2、135-3、135-4可通过一个或多个闩锁、紧固件(例如，螺钉等)或其他部件以可释放方式维持在功率转换单元130的外壳内。
除此之外，尽管图1A和图1B中所示的功率转换单元130包括四个功率模块135-1、135-2、135-3、135-4，但是本公开的功率转换单元可具有任何数量的功率模块，包括但不限于两个、三个、五个、六个、七个、八个或更多个功率模块。在一些实施方案中，可选择多个功率模块以便实现(n+1)容限，使得即使功率模块135-1、135-2、135-3、135-4中的一个发生故障，功率转换单元130也可以所有期望或预期的模式操作。此外，在一些实施方案中，功率模块135-1、135-2、135-3、135-4本质上可以是均一化的，使得功率模块135-1、135-2、135-3、135-4中的每一个可具有相同的电容，或数量、类型、大小和额定值相同的内部部件，并且可被配置来以相同的电压电平和电流电平提供电功率。可替代地，在其他实施方案中，功率模块135-1、135-2、135-3、135-4本质上可以是非均一化的，使得功率模块135-1、135-2、135-3、135-4中的一个或多个可具有不同的电容，或数量、类型、大小和额定值不同的内部部件，或者被配置来以不同的电压电平和电流电平提供电功率。除此之外，尽管图1A中所示的飞行载具110配备了单个功率转换单元130，但是根据本公开，诸如飞行载具110的飞行载具可装备有两个或更多个功率转换单元，每个功率转换单元中具有本文所公开的功率模块中的两个或多个。
因此，根据本公开，无人飞行载具或其他动力系统可装备有功率转换单元，所述功率转换单元具有用于响应于需求以期望的电压电平和电流水平向负载(诸如，推进马达)提供电功率的两个或更多个独立控制和操作的功率模块。此外，本公开的功率转换单元使得功率源(例如，电池)和电气负载(例如，推进马达)能够彼此解耦并且相对于彼此独立地优化。功率模块中的每一个可在电路内独立操作，或者例如通过一个或多个隔离开关与电路隔离，所述隔离开关可常闭，但在发生故障(例如，过流)的情况下可断开。此外，功率模块还可包括由硬件部件(诸如，电感器、晶体管(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管或MOSFET)、放大器(例如，运算放大器)、电容器和/或电阻器等部件)形成的功率级，从而降低与软件部件相关联的一种或多种故障风险。例如，由于功率模块被配置来无需使用软件即可进行单独操作，因此单个软件故障可能不能同时对功率模块中的每一个产生不利影响。
功率模块中的每一个可在经受滞环控制的情况下进行操作。例如，可通过交替地增加和减少流动穿过升压电感器的电流来使由一个或多个功率模块提供给推进马达或其他电气负载的输出电压相对于它们的输入电压升压或增压，这致使磁场强度增加和减少。流动穿过升压电感器的增加和减小的电流由升压电感器下游的开关的交替操作控制。开关可以是MOSFET或任何其他形式的晶体管或其他切换装备，所述MOSFET或任何其他形式的晶体管或其他切换装备可基于通过滞环控制的门驱动器供应的门电压进行操作。例如，误差放大器可确定在对应于要由功率级(例如，基于功率级所需的负载)生成的期望电压的参考电压与实际由功率级生成的输出电压之间的差值。然后，误差放大器可基于对应于用于生成期望电压的参考电流的差值而生成电压信号。滞环控制器可接收对应于参考电流的电压信号，并且将所述电压信号与与流动穿过升压电感器的电流成比例的电压信号进行比较。如果流动穿过升压电感器的电流小于参考电流，则滞环控制器将致使门驱动器较不频繁地操作开关，从而增加流动穿过升压电感器的电流，因此使生成强度增加的磁场直到由功率级生成的输出电压等于参考电压为止。如果流动穿过升压电感器的电流大于参考电流，则滞环控制器将致使门驱动器较频繁地操作开关，从而降低流动穿过升压电感器的电流，并且降低生成的磁场强度直到由功率级生成的输出电压等于参考电压为止。滞环控制器可采用一个或多个放大器、比较器或任何其他部件的形式，所述部件被配置来确定在参考电流与流动穿过升压电感器的电流之间的差值，因此基于此类差值而以所选择的频率控制开关的操作。
功率模块可被配置用于零电压切换，或“ZVS”。例如，功率模块可被配置来当流动穿过升压电感器的电流达到期望的电流水平(例如，通过由误差放大器提供给滞环控制器的参考电流定义)时操作开关，并且当流动穿过升压电感器的电流达到负值(例如，以反向流动穿过升压电感器的电流的量)，即零电压切换电流时，再次操作开关。零电压切换电流的量值可被调成以在电路中的升压电感器与一个或多个电容器之间形成谐振，使得开关接通时开关两端的电压为零，从而消除了由于切换而产生的大部分功率损耗，并且提高了功率模块的效率。
功率模块可进一步被配置用于双向操作。例如，在一些实现方式中，在功率模块的输出连接处以第一电压电平提供的功率可被降压至第二电压电平，并且通过可将输入电压升压至输出电压的相同的部件在功率模块的输入连接处提供功率，如结合本文所公开的一个或多个实施方案所描述的。在一些实施方案中，滞环控制器可包括一个或多个部件(例如，比较器、放大器或其他)，用于将流动穿过升压电感器的电流与参考电流的不同值(诸如，参考电流的正值和参考电流的负值)进行比较，以便支持此双向操作。
除此之外，在一些实施方案中，功率级的滞环控制器可包括用于将流动穿过升压电感器的电流的值与对应于将由功率级生成的期望电压的参考电流以及零电压切换电流电平两者进行比较的一个或多个部件，从而确保穿过升压电感器的电流始终足以在零电压切换条件下操作开关。
功率模块还可被配置来在过流条件或任何其他不利事件的情况下停止运行，例如，根据需要，通过停止一对或多对晶体管的切换和/或断开隔离开关中的一个或多个。
参考图2，示出根据本公开的实施方案的一个功率转换单元230的框图。除非另外指出，否则图2的框图中所示的前面有数字“2”的附图标号指示与具有图1A和图1B中所示的前面有数字“1”的附图标号的部件或特征类似的部件或特征。
如图2所示，功率转换单元230被配置来从功率源225 (例如，电池)接收功率，并且包括在功率源225与一个或多个电气负载之间彼此结合设置的多个功率模块235A、235B、235C、235D。如上文所指出，电池225可以是锂离子电池，或者可替代地，任何其他类型的电池或其他动力电池单元，例如干电池单元或湿电池单元电池，诸如铅酸电池、镍镉电池或镍金属氢化物电池、或任何其他类型、大小或形式的电池。在一些实施方案中，功率源225可具有四十五至六十伏特(45 V至60 V)的标称电压电平。在其他实施方案中，功率源225可具有十二伏特(12 V)、二十四伏特(24 V)、三十六伏特(36 V)、四十八伏特(48 V)或任何其他电压电平。可替代地或除此之外，功率源225可具有任何其他标称电压电平。
功率转换单元230还包括监督控制器236和分别设置在功率模块235A、235B、235C、235D的上游和下游的一对滤波电容器238。功率模块235A、235B、235C、235D中的每一个包括：功率级240A、240B、240C、240D、设置在功率级240A、240B、240C、240D的上游和下游的隔离开关(例如，高侧开关) 242A、242B、242C、242D以及电压调节器245A、245B、245C、245D。
在将功率转换单元230设置在飞行载具(例如，无人飞行载具或无人机)中的情况下，监督控制器236可根据需要选择功率模块235A、235B、235C、235D中的一个或多个来进行操作，以便满足一个或多个电气负载对功率的需求。可在任何基础上进行功率模块235A、235B、235C、235D的选择，所述基础包括但不限于：电气负载所需的电压和/或电流电平、相应的功率模块235A、235B、235C、235D的电容、相应的功率模块235A、235B、235C、235D的先前运行时间或任何其他判据。监督控制器236可包括：一个或多个计算机处理器或微处理器，以及任何数量的输入端和/或输出端。监督控制器236可与任何数量的部件通信以接收或传输关于飞行载具的一个或多个方面的状态的信息。例如，监督控制器236可接收关于速度、高度、航向、空速、功率源的电压电平的输入，或者关于飞行载具的操作的任何其他信息或数据，并且可因此选择功率模块235A、235B、235C、235D中的一个或多个用于操作。可替代地，监督控制器236可接收关于相应的功率模块235A、235B、235C、235D的操作的输入和/或与功率模块235A、235B、235C、235D相关联的负载，并且可相应地向一个或多个机载或远程位置报告关于功率模块235A、235B、235C、235D的状态的信息或数据。
滤波电容器238充当用于功率级240A、240B、240C、240D的本地高频能量源，并且还在操作期间使由功率级240A、240B、240C、240D中的一个或多个最终提供给负载的功率平滑。在一些实施方案中，滤波电容器238中的每一个具有相同的额定值(例如，电容)。在一些实施方案中，滤波电容器238可具有不同的额定值。例如，在一些实施方案中，设置在功率源225与功率模块235A、235B、235C、235D之间的滤波电容器238可具有一百至两百微法拉(100μF至200 μF)的电容。在一些实施方案中，设置在功率模块235A、235B、235C、235D与负载之间的滤波电容器可具有五十至一百微法拉(50 μF至100 μF)的电容。
功率级240A、240B、240C、240D可包括用于接收预定电压电平的电功率并且向一个或多个电气负载提供另一电压电平(例如，更高的电压电平)的电功率的任何部件(例如，电感器、晶体管、电容器、放大器、门、电阻器和/或其他部件)。例如，功率级240A、240B、240C、240D可包括：一个或多个电感器和电容器、以及一对或多对晶体管，以便用于控制到一个或多个电气负载的电流的流动。
在一些实施方案中，功率级240A、240B、240C、240D可仅包括模拟部件。在一些其他实施方案中，功率级240A、240B、240C、240D可包括模拟和数字部件，或仅包括数字部件。
隔离开关242A、242B、242C、242D可被配置来在隔离开关242A、242B、242C、242D闭合时向一个或多个负载提供功率，或者当隔离开关242A、242B、242C、242D断开时，手动地或自动地将相应的功率级240A、240B、240C、240D与功率源225和负载隔离。在一些实施方案中，隔离开关242A、242B、242C、242D中的一个或多个可以是具有一个或多个旁路元件、门控制块或输入逻辑块的高侧开关。电压调节器245A、245B、245C、245D被配置来在操作期间向隔离开关242A、242B、242C、242D以及功率级240A、240B、240C、240D提供低电压功率。
如上文所讨论，本公开的功率模块可具有功率级，所述功率级被配置来自动升高电压电平和/或电流电平，以便响应于需求而提供电功率。参考图3，示出根据本公开的实施方案的可设置在功率转换单元中的一个功率级340的原理图。除非另外指出，否则图3的原理图中所示的前面有数字“3”的附图标号指示与具有图2中所示的前面有数字“2”的、图1A和图1B中所示的前面有数字“1”的附图标号的部件或特征类似的部件或特征。
功率级340包括：升压电感器350、电流传感器352、滤波电容器354、一对晶体管356A、356B和电感器358。在一些实施方案中，电流传感器352可以是霍尔效应电流传感器。在一些实施方案中，晶体管356A、356B可以是MOSFET，例如，n沟道MOSFET或p沟道MOSFET。功率级340还包括：滞环控制器360、门驱动器362、超前-滞后放大器(例如，相位滞后补偿器)364、误差放大器366和输出电容器368。功率级340还包括由具有来自过流比较器374、376的一对输入的逻辑门372 (例如，或门)操作的锁存器370 (例如，触发器或其他双稳态多谐振荡器)。过流比较器374包括来自超前-滞后放大器364的输出和过流跳闸设定点378的差分输入，而过流比较器376包括来自感测电阻器386和过流跳闸设定点378的差分输入。
如图3所示，功率级340设置在一对隔离开关342A、342B之间，并且使电流能够从功率源流动到一个或多个电气负载。在一些实施方案中，隔离开关342A、342B中的一者或两者可以是高侧开关。当隔离开关342A、342B闭合时，功率级340由功率源通电，并且穿过升压电感器350到负载的电流I L的流动基于可由门驱动器362控制的晶体管356A、356B的配置而确定。例如，门驱动器362可交替地向相应的晶体管356A、356B的门供应门电压，从而致使相应的晶体管356A、356B导通或关断。在晶体管356A关断且晶体管356B导通的情况下，电流流动穿过升压电感器350并且在电阻器386的两端流动。穿过升压电感器350的电流I L的流动致使磁场建立强度，从而存储其中的能量。在一些实施方案中，电阻器386可具有基本上小的电阻，例如大约一毫欧(1 mΩ)，从而确保在升压电感器350两端的电流I L的流量足够高。
在晶体管356A导通且晶体管356B关断的情况下，流动穿过升压电感器350的电流I L随时间下降，并且存储在升压电感器350的磁场中的能量被放电穿过晶体管356A，并且通过滤波电感器358和隔离开关342B被放电到负载。因此，晶体管356A、356B的切换确定流向负载的电流的量和源。在一些实施方案中，升压电感器350可具有一微亨(1 μH)电感器的电感，并且可被额定来容纳大约一百安培(100 A)的电流I L。在其他实施方案中，升压电感器350可具有与用于结合功率源和/或一个或多个负载相一致的任何水平的电感。同样，在一些实施方案中，滤波电感器358可具有两微亨(2 μH)电感器的电感，并且可被额定来容纳大约二十到二十五安培(20 A至25 A)的电流。在其他实施方案中，滤波电感器358可具有与升压电感器350相同的电感并且被配置来容纳相同的电流，或者可具有与用于与功率源和/或一个或多个负载连接相一致的任何水平的电感。
晶体管356A、356B的切换由滞环控制器360控制。如图3所示，滞环控制器360从超前-滞后放大器364以及从误差放大器366接收输入。超前-滞后放大器364具有对应于由电流传感器352感测到的电流I L和来自电容器380和/或一对电阻器382、384的反馈的信号形式的输入。作为从超前-滞后放大器364的输出、由滞环控制器360接收的输入是与由电流感测器352感测到的电流I L成比例的电压信号，例如，超前-滞后放大器364加上相位。从误差放大器366接收的输入可以是与参考电流I REF相一致的电压信号，以用于克服在参考电压V REF与功率级340的实际输出电压之间的差值。参考电压V REF可对应于将由功率级340生成的期望电压(例如，基于功率级340所需的负载)，以及实际上由功率级340生成的输出电压。在一些实施方案中，功率级340不需要包括超前-滞后放大器364和/或电容器380或电阻器382、384中的任何一个。
因此，当输出电压小于参考电压时V REF时，参考电流I REF将小于穿过升压电感器350的电流I L。基于在参考电流I REF与穿过升压电感器350的电流I L之间的差值，滞环控制器360将致使门驱动器362降低晶体管356A、356B的切换频率，从而增加存储在升压电感器350中的能量。随着输出电压接近参考电压V REF，参考电流I REF将减少直到参考电流I REF等于穿过升压电感器350的电流I L为止。
当输出电压大于参考电压V REF时，参考电流I REF将大于穿过升压电感器350的电流I L。基于在参考电流I REF与穿过升压电感器350的电流I L之间的差值，滞环控制器360将致使门驱动器362增加晶体管356A、356B的切换频率，从而减少存储在升压电感器350中的能量。随着输出电压接近参考电压V REF，参考电流I REF将增加直到参考电流I REF等于穿过升压电感器350的电流I L为止。
如图3所示，功率级340还包括在晶体管356A、356B和门驱动器362的上游和下游的过流比较器374、376处设置的一对过流跳闸378。因此，当在晶体管356A、356B的任一侧上感测到过流状况时，例如通过电流传感器352或在电阻器386处，逻辑门372将向锁存器370提供信号，所述信号致使门驱动器362断开两个晶体管356A、356B。可替代地，锁存器370也可与隔离开关342A、342B中的一者或两者通信，并且还可在过流情况下致使隔离开关342A、342B断开。
参考图4A和图4B，示出根据本公开的实施方案的用于操作功率转换单元的一个过程的流程图400。在框410处，识别来自功率转换单元的高电压功率的需求。在其中功率转换单元设置在无人飞行载具上的实施方案中，所述需求可与推进马达、物品接合单元或任何其他动力部件的操作相关联。所述需求可在动力部件的使用期间被识别，或者在动力部件的预期使用之前被预测。
在框415处，功率转换单元的监督控制器识别为了满足在框410处识别的需求而需要的预定数量的功率模块。如上文所讨论，功率转换单元可包括本质上可以是均一化的或非均一化的任何数量的功率模块，并且监督控制器可基于任何判据来选择要响应于需求而操作的足够数量的功率模块，所述判据包括但不限于：需求的电压和/或电流要求、相应的功率模块的单个电容、功率模块的先前运行时间或任何其他因素。
在框420处，监督控制器例如通过闭合与预定数量的功率模块的每一个的功率级相关联的高侧开关或其他隔离开关来激活预定数量的功率模块，并且在框425处，正操作的功率模块的电压达到它们的标称高电压电平。
在框430处，将负载(例如，飞行载具上的一个或多个推进马达或其他电气部件)施加到功率转换单元，并且在框435处，功率模块在经受在框430处施加负载的同时，通过具有滞环控制的门驱动器自调节它们相应的输出电压电平。例如，再次参考图3的功率级340，误差放大器366可基于在参考电压V REF与功率级340的输出电压之间的差值而输出对应于参考电流I REF的电压信号。滞环控制器360可接收对应于参考电流I REF的电压信号和与流动穿过升压电感器350的电流I L成比例的电压信号作为输入，并且可至少部分地基于在参考电流I REF与流动穿过升压电感器350的电流I L之间的差值而将电压信号输出到门驱动器362。在功率级340的输出电压超过参考电压V REF的情况下，到门驱动器362的电压信号将提高晶体管356A、356B切换的速率，从而降低流动穿过升压电感器350的电流I L，因此降低功率级340的输出电压。在功率级340的输出电压小于参考电压V REF的情况下，到门驱动器362的电压信号将降低晶体管356A、356B切换的速率，从而增加流动穿过升压电感器350的电流I L，因此增加功率级340的输出电压。
在框440处，确定正操作的功率模块中的任一个是否正在发生故障。例如，可基于以下项来感测故障：由功率转换单元供电的推进马达的速度的改变、与功率转换单元或由功率转换单元或以任何其他方式供电的一个或多个负载相关联的操作温度的改变。如果功率模块中的一个发生故障，则过程前进到框450，其中有故障的功率模块上的电流传感器识别电流电平的改变，然后前进到框455，其中一个或多个过流跳闸机构响应于过流条件而停止运行门驱动器。可替代地，功率级可配备有用于识别过流条件或其他故障的任何类型或形式的其他感测和/或跳闸机构。在框460处，将与有故障的功率模块相关联的隔离开关断开，从而将有故障的功率模块与功率转换单元隔离。
在框440处确定所有正操作的功率模块均未出现故障之后，在框445处确定是否识别出来自功率转换单元的高电压功率的需求改变。例如，在功率转换单元设置在正操作的飞行载具中的情况下，所述飞行载具可从竖直飞行操作过渡到前向飞行操作，并且可不再需要一个或多个推进马达的操作，从而导致飞行载具对电需求的减少。可替代地，所述飞行载具可从前向飞行操作过渡到竖直飞行操作，并且可能需要操作一个或多个另外的推进马达，从而导致飞行载具对电需求的增加。根据本公开，可在任何基础上识别对高电压功率的需求的任何改变。
如果识别出来自功率转换器的高电压功率需求没有改变，则过程返回到框435，其中功率模块在经受在框430处施加的负载的同时，继续通过它们相应的具有滞环控制的门驱动器自调节它们相应的电压电平。
如果在框445处识别出来自功率控制单元的高电压功率的需求改变，或在框460处断开隔离开关之后，则过程前进到框465，其中确定正操作的功率模块的数量是否足以满足对高电压功率的现有需求。如果正操作的功率模块的数量不足以满足对高电压功率的现有需求，则过程返回到框415，其中监督控制器识别出满足需求所需的预定数量的功率模块。
如果正操作的功率模块的数量足以满足对高电压功率的现有需求，则过程前进到框470，其中确定是否仍然期望从功率转换单元提供高电压功率。如果仍然期望来自功率转换单元的高电压功率，则过程返回到框435，其中功率模块在经受在框430处施加的负载的同时，继续通过它们相应的具有滞环控制的门驱动器自调节它们相应的电压电平。如果不再期望来自功率转换单元的高电压功率，则过程结束。
参考图5，示出流动穿过本公开的一个功率转换单元的电流的曲线图。图5的曲线图示出在升压电感器经受负载时，穿过一个功率模块的升压电感器(例如，图3的升压电感器350)的电流I L。
由于升压电感器由功率源通电，例如在时间t 0处，在升压电感器两端流动并且穿过一对晶体管中的一个到一个或多个负载的电流增加，直到在时间t 1处，电流等于参考电流I REF为止。在感测到流动穿过升压电感器的电流I L等于参考电流I REF时，滞环控制器(诸如，图3的滞环控制器360)致使门驱动器(诸如，图3的门驱动器362)关断晶体管356B并且导通晶体管356A，并且在升压电感器两端的电流I L开始下降。例如，如图3所示，滞环控制器360从超前-滞后放大器364接收输入，所述超前-滞后放大器364具有与从超前-滞后放大器364接收的流动穿过升压电感器350的电流I L成比例的电压信号作为一个输入，并且滞环控制器360将与从误差放大器366接收的参考电流I REF相一致的电压信号作为另一个输入。来自滞环控制器360的输出被馈送到门驱动器362，所述门驱动器362致使晶体管356A、356B以交替的方式通电。
当在升压电感器两端的电流I L下降时，功率通过下游电容器(诸如，图3的输出电容器368)提供给负载。当在升压电感器两端的电流I L达到零电压切换电流I ZVS时，滞环控制器致使门驱动器在时间t 2处再次切换晶体管，例如关断图3的晶体管356A并且导通图3的晶体管356B，从而允许在升压电感两端的电流I L的流量再次增加。当功率转换单元上的负载保持恒定时，滞环控制器将继续致使门驱动器切换晶体管，例如在时间t 3和t 4处，在升压电感器两端的电流I L分别达到参考电流I REF和零电压切换电流I ZVS时。
当在时间t 5处观察到电气负载增加时，误差放大器致使参考电流I REF基于负载的增加而增加。因此，在升压电感器两端的电流I L被允许增加直到电流在时间t 6处达到新的参考电流I REF为止，此时，滞环控制器将致使晶体管再次切换，从而导致升压电感两端的电流I L再次下降。在时间t 7处，当升压电感器两端的电流I L已经达到零电压切换电流I ZVS时，晶体管将再次切换，并且允许升压电感器两端的电流I L再次增加。
在负载增加之前标称峰值脉冲电流I PP-NOM被定义为在参考电流I REF与零电压切换电流I ZVS之间的差值。因此，对于在时间t 5之前以图5中所示的电平电流的参考电流I REF，峰值时间t 1与t 3之间的差值，或在最小电流时间t 2与t 4之间的差值被定义为门驱动器相对于负载水平的切换频率F NOM的倒数，或1/F NOM。在负载增加之后，晶体管以较低的频率F MIN切换，使得在最小电流时间t 7与t 4之间的差值大于在最小电流时间t 2与t 4之间的差值。由于升压电感器上的损耗与电流的方向的改变(即，切换频率)成比例，因此降低的切换频率导致更有效的电功率的输送。负载的增加还导致最大峰值脉冲电流I PP-MAX，所述I PP-MAX被定义为在新参考电流I REF与零电压切换电流I ZVS之间的差值。
尽管图5的电流的曲线图示出本公开的功率模块上的电气负载的增加的影响，相关领域的普通技术人员将认识到，功率模块上的电气负载的减小的影响将导致电流相对于较低参考电流I REF的类似的曲线图。
尽管图3的滞环控制器360被示为单个部件，例如比较器或放大器，但是本公开的功率级可包括用于确定流动穿过升压电感器的电流是否不同于参考电流以及在多大程度上不同于参考电流的多个部件。此类部件可提供电流的滞环控制的零电压切换，而不管功率级是被配置来以正向还是反向提供功率。参考图6A，示出根据本公开的实施方案的可设置在功率转换单元的功率级中的一个滞环控制器660的原理图。除非另外指出，否则图6A中所示的前面有数字“6”的附图标号指示与具有图3中所示的前面有数字“3”的、图2中所示的前面有数字“2”的、图1A和图1B中所示的前面有数字“1”的附图标号的部件或特征类似的部件或特征。
如图6A所示，滞环控制器660包括：四个比较器661A、661B、663A、663B和锁存器665(例如，触发器)。比较器661A包括对应于参考电流I REF的电压信号和对应于流动穿过升压电感器(例如，图3的升压电感器350)的电流I L的电压信号的形式的输入。对应于参考电流I REF的电压信号可由误差放大器(例如，图3的误差放大器366)生成，并且可对应于在功率级的输出电压与参考电压(例如，期望的输出电压)之间的差值。比较器663A包括对应于负零电压切换电流–I ZVS的电压信号和对应于电流I L的电压信号的形式的输入。因此，锁存器665可接收用于导通一个晶体管(例如，图3的晶体管356B)的信号，从而当比较器661A和比较器663A都指出穿过升压电感器的电流I L小于参考电流I REF和负零电压切换电流–I ZVS两者时，致使升压电感器存储在所生成的磁场中的能量。然后，锁存器665可将对应的信号发送到门驱动器(例如，图3的门驱动器362)，用于导通和关断适当的晶体管。
比较器661B包括对应于参考电流I REF的电压信号和对应于电流I L的电压信号的形式的输入，而比较器663B包括对应于正电压切换电流+I ZVS的电压信号和对应于电流I L的电压信号的形式的输入。因此，锁存器665可接收用于导通一个晶体管(例如，图3的晶体管356A)的信号，从而当比较器661A和比较器663A都指出穿过升压电感的电流I L大于参考电流I REF和正零电压切换电流+I ZVS两者时，致使从升压电感器生成的磁场中释放能量。然后，锁存器665可将对应的信号发送到门驱动器(例如，图3的门驱动器362)，用于导通和关断适当的晶体管。
参考图6B和图6C，示出根据本公开的实施方案的流动穿过图6A的滞环控制器的电流的曲线图。如图6B所示，示出流动穿过升压电感器的电流的曲线图，此时功率级被配置用于例如以大于零的参考电流I REF来升压电压。滞环控制器可在时间t 0处操作功率级的晶体管以致使电流I L流动穿过升压电感器，从而形成在其中存储了能量的磁场。电流I L从负零电压切换电流–I ZVS增加，直到在时间t 1处达到参考电流I REF的值为止，此时滞环控制器操作晶体管以致使流动穿过升压电感器的电流I L减小，从而从磁场中释放出能量。电流I L最终降到零以下，即反极性，直到电流I L在时间t 2处达到负零电压切换电流–I ZVS为止。然后，滞环控制器操作晶体管以致使流动穿过升压电感器的电流I L增加，从而再生成在其中存储了能量的磁场，直到电流I L在时间t 3处达到参考电流I REF的值为止。然后，滞环控制器再次操作晶体管以致使电流I L减少，直到电流I L在时间t 4处达到负零电压切换电流–I ZVS为止，并且滞环控制器再次操作晶体管以致使电流I L开始增加。
如图6C所示，示出流动穿过升压电感器的电流的曲线图，此时功率级被配置用于例如以小于零的参考电流I REF来降低电压。滞环控制器可在时间t 0处操作功率级的晶体管以致使电流I L流动穿过升压电感器，从而形成在其中存储了能量的磁场。电流I L从参考电流I REF增加，直到在时间t 1处达到正零电压切换电流+I ZVS的值为止，此时滞环控制器操作晶体管以致使流动穿过升压电感器的电流I L减小，从而从磁场中释放出能量。电流I L最终再次降到零以下，即反极性，直到电流I L在时间t 2处达到参考电流I REF为止。然后，滞环控制器操作晶体管以致使流动穿过升压电感器的电流I L增加，从而再生成在其中存储了能量的磁场，直到电流I L在时间t 3处达到正零电压切换电流+I ZVS的值为止。然后，滞环控制器再次操作晶体管以致使电流I L减少，直到电流I L在时间t 4处达到参考电流I REF为止，并且滞环控制器再次操作晶体管以致使电流I L开始增加。
如图6A至图6C所述，本公开的滞环控制器可维持零电压切换，而不管穿过其的期望电流的方向如何，即，通过致使晶体管基于根据预期的操作模式所选择的参考电流而进行切换。另外，由于滞环控制器作用于感测到的电流信息，因此无论输入电压、输出电压或电路参数(诸如，电感和电容)如何，都可维持零电压切换。此能力不同于将ZVS仅维持在较有限的操作范围内的典型零电压切换控制器。此外，本公开的滞环控制器可具有任何配置，并且不限于图3或图6A中所示的配置。
本公开的功率转换单元还可被配置来诸如在推进马达断电并且从操作速度降速时给功率源(例如，电池)充电。例如，以与再生制动类似的方式，推进马达的旋转螺旋桨可用作发电机，以将旋转能转换为电能，并且由此给电池充电。可替代地，当功率转换单元没有在功率下操作时由此类单元提供的电阻可由此加速推进马达和螺旋桨的减速。
参考图7，示出根据本公开的实施方案的具有功率转换单元的一种飞行载具710的各方面的视图。除非另外指出，否则图7中所示的前面有数字“7”的附图标号指出与具有图6A中所示的前面有数字“6”的、图3中所示的前面有数字“3”的、图2中所示的前面有数字“2”的、图1A和图1B中所示的前面有数字“1”的附图标号的部件或特征类似的部件或特征。
如图7所示，飞行载具710包括推进马达720。飞行载具710可配备有具有本公开的一个或多个功率模块的功率转换单元，并且可向推进马达720提供以高电压电平V 高的电功率。如图7所示，当功率模块的晶体管被配置来以正向切换配置操作时，推进马达720在功率下以旋转速度ω操作。还如图7所示，当推进马达720的功率被切断时，推进马达720的旋转速度ω开始减小。功率模块的晶体管可被配置来以反向切换配置操作，使得在推进马达的减速期间生成的电功率可反向传递给飞行载具710上的一个或多个电池或其他功率供应源。
DC-DC升压转换器的一些要求是高功率密度、容错和无缝双向功率流。在为DC-DC升压转换器选择拓扑结构时，可考虑这些要求。
高功率密度
通过将小的磁性元件和高效率相结合，可实现高功率密度。磁性元件迄今为止是功率转换器中最重要的部件，因为它们由金属芯材料和铜绕组组成。另外，将大量功率压缩到狭小的空间中意味着转换器必须具有高效率——否则产生的热量将使热量阻隔能力不堪重负。对于空冷功率转换器而言尤其如此，它需要大的、重的散热器才能阻隔热量。图13中示出实现高功率密度的一种方法的框图。
减小磁性部件的大小
可通过三种方式使磁性元件更小。第一，拓扑结构中磁性部件的数量。第二，可选择通过磁性部件处理较少功率的拓扑结构。第三，可通过减小电感来减少存储在磁性部件中的能量。
磁性部件的数量。一些功率转换器拓扑结构比其他拓扑结构具有更多的磁性部件。例如，单端初级电感器转换器(或SEPIC)和Ćuk转换器具有两个电感器，而降压-升压转换器仅具有一个电感器。一些拓扑结构需要变压器以及电感器。通常，可通过耦合电感器或通过利用变压器的漏感或磁化电感作为能量存储元件来减少拓扑结构中磁性部件的数量。
通过磁性部件处理更少的功率。要确定通过磁性部件处理的功率是多少，回答以下问题：从转换器的输出中流出的所有电子在某一点是否都通过了转换器的磁性部件中的一个或多个
例如，一些具有多个电感器的转换器仅处理每个电感器中的一些功率，而一些转换器根本不处理磁性元件中的功率，而是使用切换电容器。
通过减少电感来减少磁性部件中存储的能量。磁性部件的大小确定了在它们中可存储多少能量。如果可存储较少的能量，则对于处理相同的功率，磁性部件可较小。
提高效率
通过减少转换器损耗来提高效率。转换器中的大多数功率都在晶体管和磁性元件中损失。
在晶体管中，损耗的来源是切换损耗和传导损耗。通过使用具有低导通电阻的MOSFET或具有低正向电压降的IGBT可降低传导损耗。可通过降低切换频率、减小结电容或使用软切换技术来降低切换损耗。不幸的是，这些策略都不是免费的——它们都在转换器复杂性、磁性元件的大小和/或装置成本之间进行了权衡。
在磁性元件中，损耗的来源是芯损耗和铜损耗。芯损耗是由磁芯的磁化和消磁引起的，并且由于芯中的高切换频率和高磁通量纹波而加剧。通过使用低损耗芯材料或通过通过减小电流纹波或通过消除支路中的磁通量(在耦合电感器的情况下)来减小磁通量纹波，可降低芯损耗。铜损耗可分为DC损耗和AC损耗。DC损耗是绕组的DC电阻的函数，所述损耗只能通过增加另外的铜(从而增加重量)来降低。AC损耗是切换频率和导体大小的函数，并且在一些实施方案中，AC损耗可通过使用利兹(Litz)线来降低，这比较昂贵但有效。
容错
优选地，DC-DC升压转换器将是单故障容错的，使得任何一个部件的故障都不会破坏整个载具推进系统。容错可通过完全冗余来实现，尽管这可能会导致承载几乎从未使用过的巨大额外重量。一种策略可以是在维持足够的功率输出以安全地过渡、悬停和着陆的同时，允许降低转换器的峰值功率输出的故障。
DC-DC升压转换器可能需要任何量或比例的可用峰值功率，以便安全地过渡、悬停和/或着陆。在一些实施方案中，DC-DC升压转换器可能利用一半的峰值功率输出就足够了。例如，如果DC-DC升压转换器的峰值输出为十二千瓦(12 kW)，则在单次故障操作时的功率输出将为六千瓦(6 kW)。优选地，转换器的输出电压将保持相同，从而意味着单个故障的输出电流将是峰值电流的一半。
至少有两种方式可实现一半的峰值电流的操作。例如，转换器可由并行布置的两个模块构建，从而允许一个模块发生故障。除此之外或可替代地，可通过使用自然冗余的拓扑结构(诸如，可操作为半桥的全桥)来构建转换器，诸如Levy Costa、Giampaolo Buticchi和Marco Liserre在：A Fault-Tolerant Series-Resonant DC-DC Converter, IEEETransactions on Power Electronics，第32卷，第2期(2017年2月)中所描述的，其全部内容以引用方式并入本文。
双模块方法比较简单，并且允许一个模块中的任何部件发生故障而不会影响另一个模块。然而，在一些实现方式中，由于在模块之间不共享任何部件，因此可存在功率密度上的损失。一种折衷办法可以是共享模块之间最可靠的部件，例如无源部件(诸如，电感器和电容器(尤其是如果一个模块发生故障时此类部件仍可操作))，并且使最容易发生故障的部件(即，晶体管)在模块之间分隔开。
无缝双向功率流
为了支持再生制动，双向功率流至关重要。术语“无缝”双向功率流意味着不存在单独的控制模式用于反向功率流。相反，反向功率流只是标称转换器操作的连续扩展。例如，大于百分之五十(>50%)的占空比可导致正向功率流，而小于百分之五十(<50%)的占空比可导致反向功率流。可替代地，正相移可导致正向功率流，而负相移可导致反向功率流。通常，双向转换器没有二极管，而是依靠可接通的同步整流(例如，使用金属氧化物半导体场效应晶体管或MOSFET代替二极管)，以减少传导损耗，但也允许反向功率流。通过将二极管替换为同步整流器，并且可能地对控制方案稍加修改，大多数转换器拓扑结构可被转换为双向拓扑结构。
总结
基于以上讨论，一种优选的转换器拓扑结构可利用以下策略中的一种或多种：软切换和/或高带隙晶体管；耦合的磁性元件；低芯损耗的磁性材料；磁性元件的低AC电流纹波或利兹线或相似线的使用；具有共享无源部件的模块化设计；或用于双向功率流的同步整流。
选择拓扑结构
转换器的一些拓扑结构可包括以下结构。第一，使用针对较高的升压和电流隔离的变压器线匝比和在全负载时的零电压切换(或ZVS)的电压馈送式双有源桥。此拓扑结构可降低高负载时的切换频率，从而在低负载时允许输出电压略有变化，并且在低负载时也具有突发模式。第二，具有变压器和升压电感器以便以两种方式升压的电流馈送式双有源桥。此拓扑结构可具有不同的调制方案和子选项。第三，级联同步升压可具有较少的开关，带有自然零电压切换(或ZVS)并且以高效模式和以双向方式操作，并且如果相位交错，则自然冗余。可耦合电感器以提高功率密度。除此之外，在轻负载时，切换频率可增加并且一些模块可停止运行。
带有耦合电感器的级联同步升压
DC-DC升压转换器的一种拓扑结构是带有耦合电感器的级联同步升压，如下所示。具有此拓扑结构的一种提出的转换器包括四个模块，例如，两个低电压模块和两个高电压模块。低电压模块与高电压模块串联放置，使得每组模块仅需要将电压升压总量的一半。例如，低电压模块可从电池电压升压至100 V，而高电压模块可从100 V升压至200 V。通过将占空比保持在接近百分之五十(50%)，预期此级联策略提高每组模块的效率，这将有助于使转换器保持零电压切换状态，并且允许每组模块调成其自身的电压范围(例如，低电压模块可在较高电流下使用200 V MOSFET，而高电压模块可在较低电流下使用400 V MOSFET)。
在一些实施方案中，用于低电压模块的升压电感器可在两个模块之间耦合，这可减小电感器的大小和损耗。高电压模块可采用类似的策略。电感器可被设计为使得它们可在耦合状态和非耦合状态下操作。在一些实施方案中，在标称操作期间将使用耦合状态，而在低电压或高电压模块中的一个发生故障时将使用非耦合状态。除此之外，在一些实施方案中，可使用保险丝来确保任何一个模块的故障导致所述模块的电感器绕组开路，并且不影响任何其他模块的操作。在一些实施方案中，可模拟故障期间电感器的瞬变性能，以确保在故障期间输出电压保持遵循规格。
转换器可在准方波(QSW)谐振跃迁下操作，如V. Vorperian在“Quasi-square-wave converters: topologies and analysis,”，电气与电子工程师协会汇刊电力电子学卷，第3卷，第2期，1988年4月中所描述，其全部内容以引用方式并入本文。此类策略实际上可通过仅在转换器的反并联二极管已经在传导时且因此在MOSFET两端的电压大约为零时接通转换器，从而消除MOSFET的切换损耗。升压电感和开关节点电容将被选择以确保在整个操作范围内维持谐振跃迁，这也将有助于减少转换器的电磁干扰(或EMI)。除此之外，一种可行的策略是用硅MOSFET来设计初始转换器。另一种可能的策略是使用氮化镓(或GaN)MOSFET，这可提高效率。
在一些实施方案中，在两个低电压模块和两个高电压模块并联放置的情况下，可利用电流感测来确保模块均等地共享功率。转换器可被设计来使电流感测的益处最大化。例如，转换器还可用于限制流动穿过MOSFET的最大电流，或感测何时发生模块故障。
还可添加各种数字控制策略以提高转换器效率。例如，在一些实施方案中，在轻负载下，增加切换频率可减少穿过升压电感器的电流纹波，从而提高轻负载效率。在高负载下，可降低切换频率以确保维持零电压切换(或ZVS)。
规格
以下是根据本公开的DC-DC升压转换器超派生的一个实施方案的一些规格。
电气规格
热规格
| 参数 | 值 | 公差 | 注释 |
| 冷却 | 强制通风或自然对流 | ||
| 环境温度范围 | -20至50C |
机械规格
| 参数 | 值 | 公差 | 注释 |
| 重量 | <= 1 kg | 最大值 | |
| 长度 | <= 7.5” | 目标，可有例外 | |
| 宽度 | <= 3.5” | 目标，可有例外 | |
| 深度 | <= 2.5” | 目标，可有例外 |
通信规格
其他规格
在一些实施方案中，转换器可具有一个或多个控制器局域网(CAN)总线，例如具有两个CAN总线的Atmel® SAM C21，以用于实现CAN通信并且设置诸如与软件进行交互以获得与一个或多个规范相关联的测量值的软件接口。在一些实施方案中，CAN总线可具有至少三十二千字节(32 kB)的快闪存储器和至少八千字节(8 kB)的随机存取存储器(或RAM)。
在一些实施方案中，转换器可具有一个或多个过温功率限制，以及具有可编程值的输出电流限制。在一些实施方案中，转换器可具有在十安培与六十安培(10 A至60 A)之间的可编程值的输出电流限制。在一些实施方案中，转换器可具有输出短路检测和禁用特征。
在一些实施方案中，转换器可满足一个或多个噪声标准或功率标准。在一些实施方案中，转换器可满足MIL-STD-461F CE102。
在一些实施方案中，转换器可被构造来耐受高达或至少十个Grm的振动。
在一些实施方案中，转换器可被配置有两个或更多个单独的CAN收发器(例如，用于冗余)，并且此类收发器可与共用处理器建立接口。在一些实施方案中，转换器可被设计成超过一万小时的操作寿命。在一些实施方案中，转换器可由模块化设计构成，并且能够承受任何一个模块的故障。在一些实施方案中，当一个模块发生故障时，峰值功率输出可减小，但是转换器本身仍可提供额定输出功率。在标称输出功率下，任何一个模块发生故障后产生的输出电压都不应当落在图12所示的规格外。除此之外，转换器可识别模块何时发生故障，并且可通过软件报告故障。
DC-DC升压转换器可包括两个低电压模块和两个高电压模块。低电压模块可与高电压模块串联放置，使得模块中的每一个仅需要将电压升压总量的一半。升压电感器可在成对的模块之间耦合，诸如在两个低电压模块之间以及在两个高电压模块之间，从而减小电感器大小和损耗。升压电感器可在耦合状态和非耦合状态下操作。转换器可在准方波(QSW)谐振跃迁下操作。升压电感和开关节点电容可被选择以确保在整个操作范围内维持谐振跃迁。
本文所公开的实现方式可包括双向DC-DC转换器，所述双向DC-DC转换器包括：第一低电压模块；第二低电压模块；设置在所述第一低电压模块与所述第二低电压模块之间的升压电感器，其中所述升压电感器可被配置来以耦合状态和以非耦合状态操作，并且其中所述升压电感器可在所述耦合状态下耦合在所述第一低电压模块与所述第二低电压模块之间；第一高电压模块；第二高电压模块；以及设置在所述第一高电压模块与所述第二高电压模块之间的升压电感器，其中所述升压电感器可被配置来以耦合状态和非耦合状态操作，并且其中所述升压电感器可在所述耦合状态下耦合在所述第一高电压模块与所述第二高电压模块之间，其中所述第一低电压模块可与所述第一高电压模块串联设置，其中所述第二低电压模块可与所述第二高电压模块串联设置，其中所述第一低电压模块可与所述第二低电压模块并联设置，并且其中所述第一低电压模块可与所述第二低电压模块并联设置。
本文公开的实现方式可包括飞行载具，所述飞行载具包括：机架；直流电池，所述直流电池安装到所述机架上；多个推进马达，所述多个推进马达安装到所述机架上，其中所述推进马达中的每一个被配置来使螺旋桨绕由轴限定的轴线旋转；功率转换单元，所述功率转换单元被配置来从所述电池接收电功率并且向所述推进马达中的每一个提供电功率，其中所述功率转换单元包括：外壳，所述外壳安装到所述机架上；多个功率模块，所述多个功率模块以可释放方式安装在所述外壳内，其中所述功率模块中的每一个被配置来以高达预定电压电平和预定电流电平提供电功率，并且其中所述功率模块中的每一个包括：升压电感器；电流传感器，所述电流传感器被对准以感测流动穿过所述升压电感器的电流并且生成对应于流动穿过所述升压电感器的所述电流的电压信号；一对MOSFET，其中所述一对MOSFET包括：串联对准在所述升压电感器与所述推进马达中的至少一个之间的第一MOSFET，以及串联对准在所述升压电感器与接地之间的第二MOSFET；门驱动器，其中所述门驱动器被配置来供应门电压以导通或关断所述一对MOSFET中的每一个；输出电容器，所述输出电容器与所述推进马达中的至少一个并联；误差放大器，其中所述误差放大器的第一输入是参考电压，并且所述误差放大器的第二输入是在所述输出电容器两端的电压，并且其中所述误差放大器的输出是对应于参考电流的电压信号；以及滞环控制器，所述滞环控制器用于控制所述门驱动器的操作，其中所述滞环控制器的第一输入是对应于所述参考电流的所述电压信号，并且所述滞环控制器的第二输入是对应于由所述电流传感器感测到的流动穿过所述升压电感器的所述电流的所述电压信号，并且其中所述滞环控制器的输出是到所述门驱动器的电压信号，所述电压信号用于导通所述一对MOSFET中的一个并且用于关断所述一对MOSFET中的一个；以及监督控制器，所述监督控制器在所述外壳内，其中所述监督控制器与所述功率模块中的每一个通信，并且其中所述监督控制器被配置来确定响应于需求而提供电功率所需的预定数量的所述功率模块。
可选地，操作所述推进马达中的每一个可需要来自第一预定数量的所述功率模块的电功率，其中所述飞行载具包括第二预定数量的所述功率模块，并且其中所述第二预定数量比所述第一预定数量多至少一个。
可选地，所述功率模块中的每一个还包括在所述升压电感器上游的第一隔离开关和在所述第一MOSFET下游的第二隔离开关，并且所述第一隔离开关和所述第二隔离开关中的每一个与所述监督控制器通信。
本文所公开的实现方式可包括一种功率转换单元，所述功率转换单元包括：外壳；控制器，所述控制器安装在所述外壳内；直流功率供应源；第一功率模块，所述第一功率模块以可释放方式安装在所述外壳内，其中所述第一功率模块可包括：第一升压电感器；第一电流传感器，所述第一电流传感器被配置来感测流动穿过所述第一升压电感器的电流；第一对晶体管；第一门驱动器，所述第一门驱动器被配置来操作所述第一对晶体管中的每一个；第一输出电容器；第一误差放大器，其中到所述第一误差放大器的第一输入可以是与所述第一功率模块上的第一负载相关联的第一参考电压，其中到所述第一误差放大器的第二输入可以是所述第一功率模块的第一输出电压，并且其中来自所述第一误差放大器的输出可以是表示第一参考电流的电压信号，所述第一参考电流至少部分地基于在所述第一参考电压与所述第一功率模块的所述第一输出电压之间的差值来确定；第一滞环控制器，其中到所述第一滞环控制器的第一输入可以是表示所述第一参考电流的所述电压信号，其中到所述第一滞环控制器的第二输入可以是表示穿过所述第一升压电感器的所述电流的电压信号，并且其中来自所述第一滞环控制器的输出可以是第一控制信号，所述第一控制信号用于至少部分地基于在所述第一参考电流与穿过所述第一升压电感器的所述电流之间的差值而操作所述第一门驱动器，其中，所述第一对晶体管中的第一个可以串联对准在所述第一升压电感器与所述第一功率模块上的所述负载之间，并且其中所述第一对晶体管中的第二个可以串联对准在所述第一升压电感器与接地之间；第二功率模块，所述第二功率模块以可释放方式安装在所述外壳内，其中所述第二功率模块可包括：第二升压电感器；第二电流传感器，所述第二电流传感器被配置来感测流动穿过所述第二升压电感器的电流；第二对晶体管；第二门驱动器，所述第二门驱动器被配置来操作所述第二对晶体管中的每一个；第二输出电容器；第二误差放大器，其中到所述第二误差放大器的第一输入可以是与所述第二功率模块上的第二负载相关联的第二参考电压，其中到所述第二误差放大器的第二输入可以是所述第二功率模块的第二输出电压，并且其中来自所述第二误差放大器的输出可以是第二参考电流，所述第二参考电流至少部分地基于在所述第二参考电压与所述第二功率模块的所述第二输出电压之间的差值而确定；以及第二滞环控制器，其中到所述第二滞环控制器的第一输入可以是表示所述第二参考电流的所述电压信号，其中到所述第二滞环控制器的第二输入可以是表示穿过所述第二升压电感器的所述电流的电压信号，并且其中来自所述第二滞环控制器的输出可以是第二控制信号，所述第二控制信号用于至少部分地基于在所述第二参考电流与穿过所述第二升压电感器的所述电流之间的差值而操作所述第二门驱动器，其中所述第二对晶体管中的第一个可以串联对准在所述第二升压电感器与所述第二功率模块上的所述负载之间，并且其中所述第二对晶体管中的第二个可以串联对准在所述第二升压电感器与接地之间。
可选地，所述第一控制信号可被配置来：当流动穿过所述第一升压电感器的所述电流等于零电压切换电流时，关断所述第一对晶体管中的所述第一个，并且导通所述第一对晶体管中的所述第二个，并且所述第一控制信号可被配置来：当流动穿过所述第一升压电感器的所述电流等于所述第一参考电流时，导通所述第一对晶体管中的所述第一个并且关断所述第一对晶体管中的所述第二个。
可选地，所述第一滞环控制器可被配置来至少部分地基于在所述第一参考电流与流动穿过所述第一升压电感器的所述电流之间的所述差值，而选择所述第一对晶体管中的所述第一个与所述第一对晶体管中的所述第二个的切换频率，并且所述第一控制信号可根据所述切换频率而传输。
可选地，所述第一滞环控制器可包括：第一比较器，所述第一比较器被配置来接收到所述第一滞环控制器的所述第一输入和到所述第一滞环控制器的所述第二输入；第二比较器，所述第二比较器被配置来接收到所述第一滞环控制器的所述第二输入和对应于负零电压切换电流的电压信号；第三比较器，所述第三比较器被配置来接收到所述第一滞环控制器的所述第一输入和到所述第一滞环控制器的所述第二输入；第四比较器，所述第四比较器被配置来接收到所述第一滞环控制器的所述第二输入和对应于正零电压切换电流的电压信号；以及锁存器，所述锁存器被配置来至少部分地基于所述第一比较器的输出、所述第二比较器的输出、所述第三比较器的输出和所述第四比较器的输出中的至少一个而生成所述第一控制信号，其中如果所述第一比较器的所述输出指出穿过所述第一升压电感器的所述电流可能小于所述第一参考电流，并且如果所述第二比较器的所述输出指出穿过所述第一升压电感器的所述电流可能小于所述负零电压切换电流，则所述第一控制信号指示所述第一门驱动器关断所述一对晶体管中的所述第一个并且导通所述一对晶体管中的所述第二个，并且其中如果所述第三比较器的所述输出指出穿过所述第一升压电感器的所述电流可能大于所述参考电流，并且如果所述第四比较器的所述输出指出穿过所述第一升压电感器的所述电流可能大于所述正零电压切换电流，则所述第一控制信号指示所述第一门驱动器导通所述一对晶体管中的所述第一个并且关断所述一对晶体管中的所述第二个。
可选地，所述第一功率模块可包括：第一隔离开关、第二隔离开关以及串联在所述第一隔离开关与所述第二隔离开关之间的第一功率级，并且所述第一功率级可包括：所述第一升压电感器、所述第一电流传感器、所述第一对晶体管、所述第一门驱动器、所述第一输出电容器、所述第一误差放大器和所述第一滞环控制器。
可选地，所述第一隔离开关可以是与所述控制器通信的第一高侧开关，并且所述第二隔离开关可以是与所述控制器通信的第二高侧开关。
可选地，所述第一对晶体管中的所述第一个可以是被配置来由来自所述第一门驱动器的门电压来通电的第一MOSFET，并且所述第一对晶体管中的所述第二个可以是被配置来由来自所述第一门驱动器的所述门电压通电的第二MOSFET。
可选地，所述功率转换单元可被配置来基于所述直流功率供应源的标称电压而生成达最大输出电压。可选地，所述直流功率供应源的所述标称电压可以是在大约四十八伏特到大约六十伏特的范围内，并且所述功率转换单元的所述最大输出电压可以是大约一百五十伏特。
可选地，所述功率转换单元可被配置用于安装在具有多个推进马达的飞行载具内。可选地，所述第一功率模块可具有大约两英寸的第一尺寸和大约六英寸的第二尺寸。
可选地，所述功率转换单元可包括第一预定数量的功率模块，所述第一预定数量可以是至少四个，并且所述第一预定数量的功率模块可包括所述第一功率模块和所述第二功率模块。可选地，所述功率转换单元可与至少一个预定的电气负载相关联地设置，所述预定的电气负载可需要第二预定数量的功率模块以进行操作，并且所述第一预定数量可比所述第二预定数量多至少一个。
可选地，所述第一功率模块还可包括在到所述第一滞环控制器的所述第二输入处的第一过流比较器或在所述一对晶体管中的所述第二个晶体管处的第二过流比较器，并且所述第一门驱动器可被配置来响应于来自所述第一过流比较器或所述第二过流比较器中的一个的过流信号而关断所述第一晶体管和所述第二晶体管中的每一个。
本文所公开的实现方式可包括功率模块，所述功率模块包括：升压电感器；电流传感器，所述电流传感器被对准以感测流动穿过所述升压电感器的电流；一对MOSFET，其中所述一对MOSFET包括：串联对准在所述升压电感器与至少一个负载之间的第一MOSFET，以及串联对准在所述升压电感器与接地之间的第二MOSFET；门驱动器，其中所述门驱动器被配置来导通或关断所述MOSFET中的每一个；输出电容器，所述输出电容器与所述至少一个负载并联；误差放大器，其中所述误差放大器的第一输入是参考电压，并且所述误差放大器的第二输入是在所述输出电容器两端的电压，并且其中所述误差放大器的输出是对应于参考电流的电压信号；以及滞环控制器，所述滞环控制器用于控制所述门驱动器的操作，其中所述滞环控制器的第一输入是对应于所述误差放大器的所述输出的所述参考电流的所述电压信号，并且所述滞环控制器的第二输入是对应于由所述电流传感器感测到的流动穿过所述升压电感器的所述电流的所述电压信号，并且其中所述滞环控制器的输出是到所述门驱动器的控制信号，所述控制信号用于关断或导通所述一对MOSFET中的至少一个。
可选地，所述功率模块可包括在所述升压电感器上游的第一高侧开关和在所述输出电容器与所述至少一个负载之间的第二高侧开关。
可选地，所述功率模块可被配置来执行一种方法，所述方法包括：在所述第一高侧开关处接收来自直流功率源的电功率；通过所述电流传感器感测流动穿过所述升压电感器的电流；通过所述误差放大器将所述输出电容器两端的电压电平与所述参考电压进行比较；通过所述误差放大器将对应于所述参考电流的所述电压信号提供给所述滞环控制器，其中所述电压信号与在所述输出电容器两端的所述电压电平与所述参考电压之间的差值成比例；通过所述滞环控制器确定所述参考电流超过流动穿过所述升压电感器的所述电流；通过所述滞环控制器向所述门驱动器提供控制信号；以及通过所述门驱动器响应于所述控制信号来切换所述第一MOSFET和所述第二MOSFET。
尽管本文已使用用于实现本公开的系统和方法的示例性技术、部件和/或过程描述本公开，但本领域技术人员应当理解，可使用或执行用于实现本文所描述的一个或多个相同功能和/或一个或多个结果并且被包括在本公开的范围内的其他技术、部件和/或过程或者本文描述的技术、部件和/或过程的其他组合和序列。
例如，尽管本文所公开的实施方案中的一些参考以离散配置设置的电路和部件，但是本公开的系统和方法不限于本文所公开的任何特定电路、部件或配置。另外，尽管本文所公开的实施方案中的一些参考具有四个功率模块的功率转换单元，每个功率模块具有一个功率级，但是本文所公开的功率转换单元不限于任何数量的功率模块，并且每个功率模块可具有一个或多个功率级。在一些实施方案中，除了本文所讨论的部件之外，功率转换单元和/或功率模块可包括任何数量的其他部件，包括一个或多个另外的传感器、监视器或用于确定各个系统或方法的各个方面的电压电平和/或电流水平的其他部件。除此之外，尽管本文公开的实施方案中的一些参考无人飞行载具上的功率转换单元和/或功率模块的使用，但是本公开的系统和方法不限于此，并且可在任何类型或形式的载具的操作期间使用，所述载具包括：有人载具、无人载具或任何其他类型或形式的载具、以及在期望以一个或多个预定电压电平获得电功率的任何系统中使用。
应当理解，除非本文另外明确地或隐含地指出，否则关于本文中特定实施方案所描述的特征、特性、替代案或修改中的任一个也可与本文所描述的任何其他实施方案一起应用、使用或合并，并且应当理解，本公开的附图和具体实施方式意图涵盖对所附权利要求所定义的各种实施方案的全部修改、等效物和替代。此外，关于本文所描述的本公开的一个或多个方法或过程(包括但不限于图4所示的流程图)，呈现此类方法或过程的次序并不意图被理解为对要求保护的发明的任何限制，并且本文所描述的任何数量的方法或过程步骤或框可按任何次序和/或并行地组合，以实现本文所描述的方法或过程。
除此之外，应当理解，具体实施方式是参照未按比例绘制的附图进行阐述的。在不同的附图中使用的相同或类似的附图标号指示相同或类似的项目或特征。除非另外指出，否则附图标号的一个或多个最左边的数字标识在一个或多个附图中首次出现的附图标号，而附图中附图标号的两个最右边的数字指出与其他附图中具有相同的两个最右边数附图参考标号的部件或特征类似的部件或特征。
除非另外特别陈述或在所使用情境内另外理解，否则条件性语言(诸如“可以”、“可”、“可能会”或“可能”以及其他条件性语言)通常意图以宽容的方式传达某些实施方案可包括或有可能包括但是并不强制要求或要求某些特征、要素和/或步骤。通过类似的方式，诸如“包括(include)”、“包括(including)”和“包括(includes)”等术语通常意图是指“包括但不限于”。因此，此类条件性语言通常并不意图暗示特征、要素和/或步骤是一个或多个实施方案以任何方式所要求的，或一个或多个实施方案一定包括用于在有或没有用户输入或提示的情况下确定这些特征、要素和/或步骤被包括在任何特定实施方案中或将要在任何特定实施方案中进行的逻辑。
除非另外特别陈述，否则转折性语言(诸如短语“X、Y或Z中的至少一个”或“X、Y和Z中的至少一个”)通常在所使用情境的情况下被另外理解为提出项目、术语等可以是X、Y或Z中的任一个或其任何组合(X、Y和/或Z)。因此，此类转折性语言通常并不意图且不应当暗示至少一个X、至少一个Y或至少一个Z各自都存在。
除非另外特别陈述，冠词(诸如“一个”或“一种”)通常应当解释为包括一个或多个所描述的项目。因此，诸如“一种装置，其被配置来”的短语意图包括一个或多个所叙述的装置。此类一个或多个所叙述的装置也可被共同地配置来执行所陈述的叙述。
本文所使用的程度语言(诸如，如本文所使用的术语“约”、“大约”、“大体”、“几乎”或“基本上”)表示仍然进行所期望功能或实现所期望结果的接近所陈述值、量或特性的值、量或特性。例如，术语“约”、“大约”、“大体”、“几乎”或“基本上”可指在所陈述量的小于10%内、小于5%内、小于1%内、小于0.1%内和小于0.01%内的量。
尽管已相对于本发明的说明性实施方案来描述并说明本发明，但是在不背离本公开的精神和范围的情况下可在其中且对其进行前述的和各种其他的添加和省略。
Claims (15)
1.一种飞行载具，其包括：
机架；
直流电池，所述直流电池安装到所述机架上；
多个推进马达，所述多个推进马达安装到所述机架上，其中所述推进马达中的每一个被配置来使螺旋桨绕由轴限定的轴线旋转；
功率转换单元，所述功率转换单元被配置来从所述电池接收电功率并且向所述推进马达中的每一个提供电功率，其中所述功率转换单元包括：
外壳，所述外壳安装到所述机架上；
多个功率模块，所述多个功率模块以可释放方式安装在所述外壳内，其中所述功率模块中的每一个被配置来以高达预定电压电平和预定电流电平提供电功率，并且其中所述功率模块中的每一个包括：
升压电感器；
电流传感器，所述电流传感器被对准以感测流动穿过所述升压电感器的电流并生成对应于流动穿过所述升压电感器的所述电流的电压信号；
一对MOSFET，其中所述一对MOSFET包括：串联对准在所述升压电感器与所述推进马达中的至少一个之间的第一MOSFET，以及串联对准在所述升压电感器与接地之间的第二MOSFET；
门驱动器，其中所述门驱动器被配置来供应门电压以导通或关断所述一对MOSFET中的每一个；
输出电容器，所述输出电容器与所述推进马达中的至少一个并联；
误差放大器，其中所述误差放大器的第一输入是参考电压，并且所述误差放大器的第二输入是在所述输出电容器两端的电压，并且其中所述误差放大器的输出是对应于参考电流的电压信号；以及
滞环控制器，所述滞环控制器用于控制所述门驱动器的操作，其中所述滞环控制器的第一输入是对应于所述参考电流的所述电压信号，并且所述滞环控制器的第二输入是对应于由所述电流传感器感测到的流动穿过所述升压电感器的所述电流的所述电压信号，并且其中所述滞环控制器的输出是到所述门驱动器的电压信号，所述电压信号用于导通所述一对MOSFET中的一个并且用于关断所述一对MOSFET中的一个；以及
监督控制器，所述监督控制器在所述外壳内，其中所述监督控制器与所述功率模块中的每一个通信，并且其中所述监督控制器被配置来确定响应于需求而提供电功率所需的预定数量的所述功率模块。
2.如权利要求1所述的飞行载具，其中所述功率模块中的每一个还包括：所述升压电感器上游的第一隔离开关和所述第一MOSFET下游的第二隔离开关，并且
其中所述第一隔离开关和所述第二隔离开关中的每一个与所述监督控制器通信。
3.一种功率转换单元，其包括：
外壳；
控制器，所述控制器安装在所述外壳内；
直流功率供应源；
第一功率模块，所述第一功率模块以可释放方式安装在所述外壳内，其中所述第一功率模块包括：
第一升压电感器；
第一电流传感器，所述第一电流传感器被配置来感测流动穿过所述第一升压电感器的电流；
第一对晶体管；
第一门驱动器，所述第一门驱动器被配置来操作所述第一对晶体管中的每一个；
第一输出电容器；
第一误差放大器，其中到所述第一误差放大器的第一输入是与所述第一功率模块上的第一负载相关联的第一参考电压，其中到所述第一误差放大器的第二输入是所述第一功率模块的第一输出电压，并且其中来自所述第一误差放大器的输出是表示第一参考电流的电压信号，所述第一参考电流至少部分地基于在所述第一参考电压与所述第一功率模块的所述第一输出电压之间的差值而确定；
第一滞环控制器，其中到所述第一滞环控制器的第一输入是表示所述第一参考电流的所述电压信号，其中到所述第一滞环控制器的第二输入是表示穿过所述第一升压电感器的所述电流的电压信号，并且其中来自所述第一滞环控制器的输出是第一控制信号，所述第一控制信号用于至少部分地基于在所述第一参考电流与穿过所述第一升压电感器的所述电流之间的差值而操作所述第一门驱动器，
其中所述第一对晶体管中的第一个串联对准在所述第一升压电感器与所述第一功率模块上的所述负载之间，并且其中所述第一对晶体管中的第二个串联对准在所述第一升压电感器与接地之间；
第二功率模块，所述第二功率模块以可释放方式安装在所述外壳内，其中所述第二功率模块包括：
第二升压电感器；
第二电流传感器，所述第二电流传感器被配置来感测流动穿过所述第二升压电感器的电流；
第二对晶体管；
第二门驱动器，所述第二门驱动器被配置来操作所述第二对晶体管中的每一个；
第二输出电容器；
第二误差放大器，其中到所述第二误差放大器的第一输入是与所述第二功率模块上的第二负载相关联的第二参考电压，其中到所述第二误差放大器的第二输入是所述第二功率模块的第二输出电压，并且其中来自所述第二误差放大器的输出是第二参考电流，所述第二参考电流至少部分地基于在所述第二参考电压与所述第二功率模块的所述第二输出电压之间的差值而确定；以及
第二滞环控制器，其中到所述第二滞环控制器的第一输入是表示所述第二参考电流的所述电压信号，其中到所述第二滞环控制器的第二输入是表示穿过所述第二升压电感器的所述电流的电压信号，并且其中来自所述第二滞环控制器的输出是第二控制信号，所述第二控制信号用于至少部分地基于在所述第二参考电流与穿过所述第二升压电感器的所述电流之间的差值而操作所述第二门驱动器；
其中所述第二对晶体管中的第一个串联对准在所述第二升压电感器与所述第二功率模块上的所述负载之间，并且其中所述第二对晶体管中的第二个串联对准在所述第二升压电感器与接地之间。
4.如权利要求3所述的功率转换单元，其中所述第一控制信号被配置来：当流动穿过所述第一升压电感器的所述电流等于零电压切换电流时，关断所述第一对晶体管中的所述第一个，并且导通所述第一对晶体管中的所述第二个，并且
其中所述第一控制信号被配置来：当流动穿过所述第一升压电感器的所述电流等于所述第一参考电流时，导通所述第一对晶体管中的所述第一个，并且关断所述第一对晶体管中的所述第二个。
5.如权利要求3或4所述的功率转换单元，其中所述第一滞环控制器被配置来至少部分地基于在所述第一参考电流与流动穿过所述第一升压电感器的所述电流之间的所述差值，而选择所述第一对晶体管中的所述第一个与所述第一对晶体管中的所述第二个的切换频率，并且
其中所述第一控制信号根据所述切换频率而传输。
6.如权利要求3、4或5所述的功率转换单元，其中所述第一滞环控制器包括：
第一比较器，所述第一比较器被配置来接收到所述第一滞环控制器的所述第一输入和到所述第一滞环控制器的所述第二输入；
第二比较器，所述第二比较器被配置来接收到所述第一滞环控制器的所述第二输入和对应于负零电压切换电流的电压信号；
第三比较器，所述第三比较器被配置来接收到所述第一滞环控制器的所述第一输入和到所述第一滞环控制器的所述第二输入；
第四比较器，所述第四比较器被配置来接收到所述第一滞环控制器的所述第二输入和对应于正零电压切换电流的电压信号；以及
锁存器，所述锁存器被配置来至少部分地基于所述第一比较器的输出、所述第二比较器的输出、所述第三比较器的输出和所述第四比较器的输出中的至少一个而生成所述第一控制信号，
其中如果所述第一比较器的所述输出指出穿过所述第一升压电感器的所述电流小于所述第一参考电流，并且如果所述第二比较器的所述输出指出穿过所述第一升压电感器的所述电流小于所述负零电压切换电流，则所述第一控制信号指示所述第一门驱动器关断所述一对晶体管中的所述第一个并且导通所述一对晶体管中的所述第二个，并且
其中如果所述第三比较器的所述输出指出穿过所述第一升压电感器的所述电流大于所述参考电流，并且如果所述第四比较器的所述输出指出穿过所述第一升压电感器的所述电流大于所述正零电压切换电流，则所述第一控制信号指示所述第一门驱动器导通所述一对晶体管中的所述第一个并且关断所述一对晶体管中的所述第二个。
7.如权利要求3、4、5或6所述的功率转换单元，其中所述第一功率模块包括：第一隔离开关、第二隔离开关以及串联在所述第一隔离开关与所述第二隔离开关之间的第一功率级，
其中所述第一功率级包括：所述第一升压电感器、所述第一电流传感器、所述第一对晶体管、所述第一门驱动器、所述第一输出电容器、所述第一误差放大器和所述第一滞环控制器，
其中所述第一隔离开关是与所述控制器通信的第一高侧开关，并且
其中所述第二隔离开关是与所述控制器通信的第二高侧开关。
8.如权利要求3、4、5、6或7所述的功率转换单元，其中所述第一对晶体管中的所述第一个是被配置来由来自所述第一门驱动器的门电压通电的第一MOSFET，并且
其中所述第一对晶体管中的所述第二个是被配置来由来自所述第一门驱动器的所述门电压通电的第二MOSFET。
9. 如权利要求3、4、5、6、7或8所述的功率转换单元，其中所述功率转换单元被配置来基于所述直流功率供应源的标称电压而生成达最大输出电压，
其中所述直流功率供应源的所述标称电压是在大约四十八伏特到大约六十伏特的范围内，并且
其中所述功率转换单元的所述最大输出电压为大约一百五十伏特。
10.如权利要求3、4、5、6、7、8或9所述的功率转换单元，其中所述功率转换单元被配置用于安装在具有多个推进马达的飞行载具内。
11.如权利要求3、4、5、6、7、8、9或10所述的功率转换单元，其中所述第一功率模块具有大约两英寸的第一尺寸和大约六英寸的第二尺寸。
12.如权利要求3、4、5、6、7、8、9、10或11所述的功率转换单元，其中所述功率转换单元包括第一预定数量的功率模块，
其中所述第一预定数量为至少四个，
其中所述第一预定数量的功率模块包括：所述第一功率模块和所述第二功率模块，
其中所述功率转换单元被与至少一个预定的电气负载相关联地设置，
其中所述预定的电气负载需要第二预定数量的功率模块进行操作，并且
其中所述第一预定数量比所述第二预定数量多至少一个。
13.如权利要求3、4、5、6、7、8、9、10、11或12所述的功率转换单元，其中所述第一功率模块还包括在所述第一滞环控制器的所述第二输入处的第一过流比较器或在所述一对晶体管中的所述第二个晶体管处的第二过流比较器中的至少一个，并且
其中所述第一门驱动器被配置来响应于来自所述第一过流比较器或所述第二过流比较器中的一个的过流信号而关断所述第一晶体管和所述第二晶体管中的每一个。
14.一种功率模块，其包括：
升压电感器；
电流传感器，所述电流传感器被对准以感测流动穿过所述升压电感器的电流；
一对MOSFET，其中所述一对MOSFET包括：串联对准在所述升压电感器与至少一个负载之间的第一MOSFET，以及串联对准在所述升压电感器与接地之间的第二MOSFET；
门驱动器，其中所述门驱动器被配置来导通或关断所述MOSFET中的每一个；
输出电容器，所述输出电容器与所述至少一个负载并联；
第一高侧开关，所述第一高侧开关在所述升压电感器上游；
第二高侧开关，所述第二高侧开关在所述输出电容器与所述至少一个负载之间；
误差放大器，其中所述误差放大器的第一输入是参考电压，并且所述误差放大器的第二输入是在所述输出电容器两端的电压，并且其中所述误差放大器的输出是对应于参考电流的电压信号；以及
滞环控制器，所述滞环控制器用于控制所述门驱动器的操作，其中所述滞环控制器的第一输入是对应于所述误差放大器的所述输出的所述参考电流的所述电压信号，并且所述滞环控制器的第二输入是对应于由所述电流传感器感测到的流动穿过所述升压电感器的所述电流的所述电压信号，并且其中所述滞环控制器的输出是到所述门驱动器的控制信号，所述控制信号用于关断或导通所述一对MOSFET中的至少一个。
15.如权利要求14所述的功率模块，其中所述功率模块被配置来执行包括以下步骤的方法：
在所述第一高侧开关处接收来自直流功率源的电功率；
通过所述电流传感器感测流动穿过所述升压电感器的电流；
通过所述误差放大器将所述输出电容器两端的所述电压电平与所述参考电压进行比较；
通过所述误差放大器将对应于所述参考电流的所述电压信号提供给所述滞环控制器，其中所述电压信号与在所述输出电容器两端的所述电压电平与所述参考电压之间的差值成比例；
通过所述滞环控制器确定所述参考电流超过流动穿过所述升压电感器的所述电流；
通过所述滞环控制器向所述门驱动器提供控制信号；并且
通过所述门驱动器响应于所述控制信号来切换所述第一MOSFET和所述第二MOSFET。
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