CN113228487A - 具有自适应动态效率优化的高效、并联的功率转换系统 - Google Patents

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Abstract

一种系统(10)，用于控制多个功率转换器(12a、...、12n)，以便根据所感测的输入功率(22)和所感测的输出功率(24)将多个功率转换器中的每个功率转换器转换为接通状态或关断状态，使得多个功率转换器中处于接通状态的一个或多个功率转换器在最佳功率效率范围内操作。

Description

具有自适应动态效率优化的高效、并联的功率转换系统
相关专利申请
本申请要求于2018年10月30日提交的美国临时专利申请序列号62/752,893,的优先权，并且要求于2019年03月13日提交的美国临时专利申请序列号62/817,651,的优先权，并且其中前述申请的内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及功率转换系统，并且更具体地涉及优化系统部件的功率使用的功率转换系统。
背景技术
常规的功率转换系统是已知的并且通常采用磁性类型的功率转换器来将功率参数(诸如电流或电压)从第一水平转换到第二水平。通常的磁性类型的功率转换器采用变压器在第一水平与第二水平之间转换功率。如此，如果功率从第一水平增加到第二水平，则功率转换器被称为升压功率转换器。类似地，如果功率从第一水平降低到第二水平，则功率转换器被称为降压功率转换器。
使用常规磁性类型的功率转换器的缺点是它们通常采用围绕磁芯布置的绕组，因此存在与其相关联的功率损耗。此外，传统的磁性变压器和逆变器的效率曲线通常在额定负载的50％左右达到峰值，然后随着负载向最大额定负载移动而开始下降。传统变压器在低负载下也遭受类似的效率下降。在低负载下效率低下的主要原因是：由于操作控制电路装置和设备驱动器而导致的功率损耗，控制电路装置和设备驱动器被配置为切换大型开关晶体管的高电容栅极；并且在高负载下效率低下的主要原因是高电流下的电阻损耗。
发明内容
本发明涉及一种功率转换系统，其采用控制器来控制功率转换器的阵列的操作。控制器通过确保适当数目的功率转换器在最佳功率效率范围内操作，同时并发地向负载提供功率，来控制功率转换器阵列。控制器结合选择单元可选择地为功率转换器中的每个功率转换器选择特定的操作频率。功率转换系统还可以包括可选的比较单元，用于将由系统提供的测量瞬时功率与阈值水平进行比较，以确定系统是否需要绕过控制器，并且指示处于关断状态的功率转换器直接向负载释放预先存储的功率。
本发明涉及一种用于控制电力系统中的多个功率转换器的系统，电力系统包括多个功率转换器，多个功率转换器形成用于将功率从第一功率水平转换为第二功率水平的阵列，其中功率转换器在输入侧上被耦合到公共输入电力线，用于以第一功率水平提供输入功率，并且功率转换器在输出侧上被耦合到公共输出电力线，用于以第二功率水平向负载提供功率。系统还包括：控制器，被耦合到多个功率转换器，以用于控制功率转换器的功率输出；输入感测电路，用于感测公共输入电力线上的输入功率，并且用于将输入功率信号传输到控制器；以及输出感测电路，用于感测公共输出电力线上的输出功率，并且用于将输出功率信号传输到控制器。控制器被配置为：控制多个功率转换器中的每个功率转换器，以便根据所感测的输入功率和所感测的输出功率，将多个功率转换器中的每个功率转换器转变为接通状态或关断状态，使得多个功率转换器中处于接通状态的一个或多个功率转换器在最佳功率效率范围内操作。
根据本发明，功率转换器可以包括用于将功率从第一功率水平转换为第二功率水平的开关电容器型DC-DC降压功率转换器，其中第二功率水平低于第一功率水平。备选地，功率转换器可以包括DC-DC功率转换器、DC-AC功率转换器或AC-DC功率转换器。根据另一种实践，每个功率转换器可以包括多个电容器，电容器具有与每个功率转换器相关联的所存储功率。电容器可以可选地以并联布置、串联布置、并联-串联布置或串联-并联布置电连接。
根据本发明的另一方面，控制器可以包括：处理器、查找表和用于存储指令的存储器，指令在被处理器接收时，指示处理器：确定跨多个功率转换器中的一个或多个功率转换器的功率，以及基于一个或多个功率转换器的功率，访问查找表并且从中确定控制器将多个功率转换器中的哪个功率转换器置于接通状态和关断状态。
根据另一方面，控制器可以包括：存储器单元，用于存储用于控制多个功率转换器的指令；信号调节器，用于调节输入功率信号和输出功率信号并且生成经调节的输出功率信号；AC-DC转换器，用于将经调节的输出功率信号转换为DC经调节的输出功率信号，以及处理器，用于处理DC经调节的输出功率信号，并且用于基于所存储的指令来生成控制器输出信号，控制器输出信号用于控制多个功率转换器中的一个或多个功率转换器，以便将多个功率转换器转换为接通状态和关断状态。经调节的输出功率信号可以包括经调节的输出电压分量和经调节的输出电流分量，并且处理器包括：滤波器单元，用于平均经调节的输出功率信号的经调节的输出电压分量和经调节的输出电流分量；功率确定单元，用于基于经调节的输出电压分量和经调节的输出电流分量的平均来确定跨多个功率转换器中的一个或多个功率转换器的功率，并且生成功率确定输出信号；迟滞单元，用于减少功率确定输出信号中的噪声；以及查找表，用于存储与跨多个功率转换器中的至少一个功率转换器的多个功率水平相关联的信息，至少一个功率转换器与将被置于接通状态或关断状态的多个功率转换器相关。如此，控制器基于查找表来生成一个或多个输出控制信号，以用于将多个功率转换器中的一个或多个功率转换器转换为接通状态和关断状态。跨控制器的功率水平对应于负载的功率要求。
信号调节器可以包括：电压调节单元，用于缓冲输入电压分量和输出电压分量，以从中去除噪声并且将输入电压分量和输出电压分量缩放到选择的电压水平，以供控制器使用；以及电流调节单元，用于对输入电流分量和输出电流分量进行滤波。电流调节单元可以包括用于对输入电流分量和输出电流分量进行滤波的低通滤波器。
根据又一方面，系统可以包括：信号调节器，用于调节输入功率信号和输出功率信号并且生成经调节的输出功率信号；时钟选择单元，被耦合到控制器和多个功率转换器，用于改变多个功率转换器中的一个或多个功率转换器的频率；以及比较单元，被耦合到控制器和选择单元。控制器生成第一输出控制信号，并且比较单元接收经调节的输出功率信号和第一输出控制信号，并且作为响应生成输出比较信号。具体地，比较单元接收经调节的输出功率信号和第一输出控制信号，并且作为响应，当与经调节的输出功率信号相关联的值大于与第一输出控制信号相关联的值时，生成输出比较信号。
此外，输出比较信号被传输到时钟选择单元，时钟选择单元又将输出信号传输到多个功率转换器，并且响应于来自时钟选择单元的输出信号，处于关断状态的功率转换器的一个或多个电容器的所存储功率被传输到公共输出电力线。时钟选择单元包括用于生成频率的一个或多个时钟生成器，并且包括用于选择频率的选择器。
本发明还涉及一种控制电力系统中的多个功率转换器的方法，包括：提供多个功率转换器，多个功率转换器形成用于将功率从第一功率水平转换为第二功率水平的阵列；提供控制器，控制器被耦合到多个功率转换器，以用于控制功率转换器的功率输出；利用被耦合到控制器和输入电力线的输入感测电路，来感测输入电力线上的输入功率并且将输入功率信号传输到控制器；以及利用被耦合到控制器和输出电力线的输出感测电路，来感测输出电力线上的输出功率并且将输出功率信号传输到控制器；以及控制多个功率转换器中的每个功率转换器，以便根据所感测的输入功率和所感测的输出功率，将多个功率转换器中的每个功率转换器转变为接通状态或关断状态，使得多个功率转换器中处于接通状态的一个或多个功率转换器在最佳功率效率范围内操作。
功率转换器优选地包括用于将功率从第一功率水平转换为第二功率水平的开关电容器型DC-DC降压功率转换器，其中第二功率水平低于第一功率水平。
根据另一方面，方法包括：确定跨多个功率转换器中的一个或多个功率转换器的功率，以及基于一个或多个功率转换器的功率，访问查找表并且从中确定控制器将多个功率转换器中的哪一个置于接通状态和关断状态。
控制器可以包括：存储器单元，用于存储用于控制多个功率转换器的指令；信号调节器，用于调节输入功率信号和输出功率信号并且生成经调节的输出功率信号；AC-DC转换器，用于将经调节的输出功率信号转换为DC经调节的输出功率信号；以及处理器，用于处理DC经调节的输出功率信号，并且用于基于所存储的指令来生成控制器输出信号，控制器输出信号用于控制多个功率转换器中的一个或多个功率转换器，以便将多个功率转换器转换为接通状态和关断状态。
根据另一方面，经调节的输出功率信号具有经调节的输出电压分量和经调节的输出电流分量，并且处理器包括：滤波器单元，用于平均经调节的输出功率信号的经调节的输出电压分量和经调节的输出电流分量；功率确定单元，用于基于经调节的输出电压分量和经调节的输出电流分量的平均来确定跨多个功率转换器中的一个或多个功率转换器的功率，并且生成功率确定输出信号；迟滞单元，用于减少功率确定输出信号中的噪声；以及查找表，用于存储与跨多个功率转换器中的至少一个功率转换器的多个功率水平相关联的信息，至少一个功率转换器与将被置于接通状态或关断状态的多个功率转换器相关。控制器基于查找表来生成一个或多个输出控制信号，用于将多个功率转换器中的一个或多个功率转换器转换为接通状态和关断状态。
根据本发明的方法的另一方面，系统适于：调节输入功率信号和输出功率信号，并且生成经调节的输出功率信号；改变多个功率转换器中的一个或多个功率转换器的频率；以及将与由控制器生成的控制信号相关联的值和与经调节的输出功率信号相关联的值进行比较，并且当经调节的输出信号的值大于控制信号的值时，生成比较信号。此外，响应于比较信号，将处于关断状态的功率转换器的一个或多个电容器中的所存储功率传输到输出电力线。
控制器生成第一输出控制信号，并且方法还包括：利用信号调节器来调节输入功率信号和输出功率信号并且生成经调节的输出功率信号；利用时钟选择单元，改变多个功率转换器中的一个或多个功率转换器的频率；以及利用比较单元来比较经调节的输出功率信号和第一输出控制信号，并且作为响应，当与经调节的输出功率信号相关联的值大于与第一输出控制信号相关联的值时，生成输出比较信号。
更进一步地，方法包括：将输出比较信号传输到时钟选择单元，时钟选择单元又将输出信号传输到多个功率转换器；以及响应于来自时钟选择单元的输出信号，将与多个功率转换器中处于关断状态的每个功率转换器相关联的一个或多个电容器的所存储功率传输到输出电力线。时钟选择单元包括用于生成频率的一个或多个时钟生成器和用于选择频率的选择器。
附图说明
通过参考以下详细描述并且结合附图，本发明的这些和其他特征和优点将被更充分地理解，在附图中，在不同的视图中，相同的附图标记指代相同的元件。附图说明了本发明的原理，并且尽管未按比例绘制，但示出了相对尺寸。
图1是根据本发明的教导的功率转换系统的示意电路图，用于从功率转换器的阵列向负载提供功率。
图2是根据本发明的教导的图1的功率转换器的示意框图。
图3是根据本发明的教导的图1的控制器的示意框图。
图4是根据本发明的教导的图3的信号调节器的示意框图。
图5是根据本发明的教导的图1的功率转换器的功率效率曲线的图形表示。
图6是采用可选的比较单元和可选的选择单元的本发明的功率转换系统的第二实施例。
图7是根据本发明的教导的图6的选择单元的示意框图。
图8是根据本发明的教导的在不同频率下操作的图1的功率转换器的功率效率曲线的图形表示。
图9是图示了根据本发明的教导的在操作图1和图6的功率转换系统时涉及的步骤的示意流程图。
图10是根据本发明的教导的，采用自适应动态效率优化(ADEO)技术的图1的功率转换器的功率效率曲线的图形表示，未采用ADEO的系统的功率效率曲线的图形表示，以及常规磁性类型的功率转换器的功率效率曲线的图形表示。
图11是图示了根据本发明的教导的在改变图1和图6的功率转换系统的功率转换器中的一个或多个功率转换器的操作的频率时所涉及的步骤的示意流程图。
图12是图示了根据本发明的教导的在采用图1和图6的功率转换系统的瞬时有限储备(ILR)特征时所涉及的步骤的示意流程图。
图13是适合与本发明的功率转换器系统一起使用的样本查找表。
具体实施方式
如本文所使用的，术语“功率转换器”旨在包括能够将功率或相关联的功率分量(包括电压和电流)从一个水平转换为另一个水平的任何类型的转换器。功率转换器可以包括磁性或感应类型的转换器和非磁性类型的转换器，诸如开关电容器类型的功率转换器。此外，如本文所预期的功率转换器可以包括DC-DC转换器、DC-AC转换器和AC-DC转换器，并且还可以包括升压功率转换器和降压功率转换器。此外，DC-DC转换器可以包括传统的基于电感器的DC-DC转换器，诸如DC-DC转换器领域中已知的降压或升压转换器。
相对于磁性类型的功率转换器，开关电容器类型的功率转换器能够在负载曲线中较早地达到峰值或接近峰值效率，并且在负载曲线中倾向于针对较长时段保持更接近峰值额定值的效率。然而，开关电容器类型的功率转换器在达到峰值效率之前和之后功率效率趋于下降。也就是说，开关电容器类型的功率转换器的效率可以跨更宽的操作点范围接近峰值效率，但仍然具有独特效率曲线，其中峰值效率在额定负载范围内的某处，并且随着负载远离达到峰值效率的点而减小。本发明人已经意识到存在操作功率转换器的最佳效率和功率范围。
如本文所使用的，术语“功率”可以指代电压、电流或公知的电功率，其对应于通过电压电位(VI)的电流并且以瓦特表示。
本发明涉及一种功率转换系统10，如图1中所示。所示的功率转换系统10包括多个功率转换器，并且优选地包括多个开关电容器类型的功率转换器12a、12b和12n，其形成功率转换器阵列20，功率转换器阵列20被耦合到公共输入电力线14和公共输出电力线16。本领域技术人员将容易地认识到，基于系统10和负载26的总体功率需求，任何适当数目的功率转换器可以形成功率转换器阵列20的一部分。功率转换器12a至12n被耦合到公共输出电力线16并且以并联电配置相对于彼此布置。输入感测电路22被耦合到输入电力线14，并且输出感测电路24被耦合到输出电力线16。外部负载26被耦合到输出电力线16。控制器30被耦合到输入感测电路22和输出感测电路24，以及被耦合到功率转换器12a至12n。
功率转换器优选地是降压功率转换器，但是如果需要它们可以是升压功率转换器。功率转换器12a、12b、12n适于将输入电力线14上提供的第一输入电压Vin转换为输出电力线16上提供的第二较低电压Vout。输入感测电路22感测输入电力线14上提供的输入电压和电流水平，并且将这些功率测量结果提供给控制器30。类似地，输出感测电路24感测输出电力线16上提供的输出电流和电压水平，并且将这些功率测量结果提供给控制器30。因此，输入感测电路22和输出感测电路24可以包括适当的和众所周知的电压和电流传感器或检测器，以用于测量或感测输入电力线14和输出电力线16上的电压和电流，如本领域已知的。控制器30处理来自感测电路22、24的输入电压和电流数据以确定系统的瞬时功率，并且向功率转换器12a、12b、12n提供控制信号以控制或调节功率转换器。负载26被耦合到输出电力线16并且对应于系统10上的任何负载。负载可以是例如需要功率来进行操作的任何类型的资源、硬件或设备。
所示的功率转换器12a、12b、12n可以是任何类型的功率转换器，并且优选地包括开关电容器类型的功率转换器。进一步地，功率转换器可以是DC-DC转换器、DC-AC转换器或AC-DC转换器，并且优选是DC-DC转换器。适于与本发明的功率转换系统10一起使用的示例类型的开关电容器类型的功率转换器包括由美国Helix Semiconductor制造的MxC200 DC-DC功率转换器。图2图示了用作功率转换器阵列20的一部分的适当的功率转换器的简化示例。除了一个或多个电容器之外，所示的功率转换器12a还可以包括选择的功率转换电路装置(未示出)。诸如飞电容器的电容器可以被并入功率转换器或可以与功率转换器相关联。根据一个实施例，功率转换器可以包括一系列电容器36a、36a和36c，这些电容器可以根据转换器被设计实现的降压电压的水平或幅度来以任何适当的电气布置进行布置。根据一种实践，电容器可以是与Helix Semiconductor的多路电容器拓扑相关联的电容器。如此，电容器可以以并联布置、串联布置、并联-串联布置或优选地串联-并联布置电连接，如图所示。根据当前示例，多路电容器36a、36b、36c中的每个可以被设计为具有所选择的增益，诸如0.5的增益，但是它们可以被设计为具有任何选择的增益特性。多路电容器被包括在Helix Semiconductor销售的MxC200功率转换器中。在所示的示例中，多路电容器36a与多路电容器36b和36c串联耦合，多路电容器36b和36c又并联连接。进一步对该示例而言，如果输入电压例如为48V，则多路电容器36a的输出在结点38处为24V，并且该电压水平被提供给并联连接的多路电容器36b和36c。多路电容器36b、36c进一步将电压从24V的中间电压减小到12V的输出电压。本领域技术人员将容易地认识到，可以以任何选择的方式构造功率转换器，并且出于简单起见而提供图2以说明转换器的降压操作特性。此外，电容器和/或多路电容器可以根据所需的输出电压以任何适当的布置连接。公共输入电力线14可以向功率转换器提供所需的操作功率。多路电容器被配置为在其中存储功率。
所示的功率转换系统10可以根据要被供电的负载26的类型，采用任何适当数目的功率转换器。例如，在较大的功率转换系统中可以存在多达1000个功率转换器，或者在较小的功率转换系统中可以存在5个功率转换器。根据一种实践，本发明考虑布置适当的功率转换器的阵列20以形成1kW以上的高功率系统。具体地，在功率转换器阵列20中连接多个功率转换器以生成从48Vdc转换到12Vdc的1000W的功率。例如，阵列中所示出的功率转换器12a、12b、12n中的每个功率转换器可以被设计为在选择的功率水平下达到峰值效率，例如，诸如在大约2.0W至大约6.0W的功率之间，并且具有大约15W的跨每个转换器的最大功率容量。
所示的控制器30旨在控制功率转换器阵列20中的功率转换器12a至12n，以便基于负载26的功率需求，使能或接通适当数目的功率转换器。控制器30适于和配置为：控制和接通或使能适当数目的功率转换器，同时在功率转换系统10中维持或实现功率转换器的近峰值功率效率。
图3和图4描绘了控制器30和相关系统部件的细节。控制器30包括信号调节单元50，用于调节由输入感测电路22生成的输入功率信号42和由输出感测电路24生成的输出功率信号44。感测电路22和24分别感测在电力线14和16上的输入电压和电流以及输出电压和电流，然后响应于此生成输出功率信号。具体地，输入功率信号42和输出功率信号44的功率信号的电压分量(例如，所感测的电压)被传递到电压调节单元，电压调节单元可以包括电压缩放和缓冲单元52，在电压缩放和缓冲单元52中，电压被缩放和调节，以去除功率信号中的任何不需要的噪声，并且将电压缩放为适于由系统部件使用的电压水平。适当的电压范围可以在大约0.0V至大约3.3V之间的范围内。类似地，输入功率信号42和输出功率信号44的功率信号的电流分量(例如，所感测的电流)被传递到电流调节单元，诸如电流感测增益和滤波单元54，在电流感测增益和滤波单元54中，电流被感测和滤波以适于由模数(A-D)转换器60使用。电流感测增益和滤波单元54使用适当的电流感测电阻器来转换输入电流信号，电流感测电阻器输出信号，该信号又需要被放大(即增益)和滤波，以便适于由A-D转换器60使用。电流感测增益和滤波单元54的滤波部分采用适当的滤波器，诸如低通滤波器，以在被放大之前减小信号噪声。例如，电流感测增益和滤波单元54可以采用巴特沃斯低通滤波器来对电流信号进行滤波，但是也可以采用其他类型的滤波器。
控制器30还包括A-D转换器60，其接收来自信号调节器50的输出功率信号59，输出功率信号59包括分别来自电压缩放和缓冲单元52以及电流感测增益和滤波单元54的输出信号56、58，并且将这些模拟输出信号转换为数字输出信号62。经转换的输出信号62被引入处理器或处理单元70。处理器70被配置为与一个或多个存储器单元72和数模(D-A)转换器74通信。处理器70可以包括任何适当的逻辑电路装置，其对从存储器单元72取回的指令进行响应和处理。根据一种实践，处理器70可以由市售或定制设计的微处理器单元提供。处理器70可以利用指令级并行、线程级并行、不同级别的高速缓存和/或多核处理器。存储器单元72被配置为存储数据，并且允许处理器70访问任何存储位置。存储器单元72可以存储软件、信号信息和其他可执行指令，以供处理器70使用。存储器72可以是单个存储器模块或可以被实现为一系列存储器模块，其可以在控制器中或位于整个系统10中或作为与功率转换系统10通信的硬件或网络的一部分。存储器72可以是任何适当类型的存储器并且可以包括易失性和/或非易失性存储器，其示例包括动态随机存取存储器(DRAM)或任何变型，包括静态随机存取存储器(SRAM)、突发SRAM或同步突发SRAM(BSRAM)、快速页面模式DRAM(FPMDRAM)、增强型DRAM(EDRAM)、扩展数据输出RAM(EDO RAM)、扩展数据输出DRAM(EDO DRAM)、突发扩展数据输出DRAM(BEDO DRAM)、单数据速率同步DRAM(SDR SDRAM)、双倍数据速率SDRAM(DDR SDRAM)、直接Rambus DRAM(DRDRAM)或极限数据速率DRAM(XDR DRAM)、非易失性读取存储器(NVRAM)、闪存非易失性静态RAM(nvSRAM)、铁电RAM(FeRAM)、磁阻RAM(MRAM)、相变存储器(PRAM)、导电桥接RAM(CBRAM)、氧化硅-氮化物-氧化硅(SONOS)、电阻性RAM(RRAM)、Racetrack、纳米RAM(NRAM)或Millipede存储器。存储器单元72还可以包括但不限于RAM、ROM、EPROM、EEPROM、闪存或其他存储技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光学存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁性存储设备，或可以用于存储信息以供计算设备访问的任何其他非传输介质。相比之下，通信介质可以在调制数据信号(诸如，载波或其他传输机制)中实施计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据。如本文所定义的，“计算机可读存储介质”不包括通信介质。因此，计算机存储或存储器介质不应当被解释为传播信号本身或不应当被陈述为在本质上是暂态的。传播的信号可以存在于计算机存储介质中，但传播的信号本身不是计算机存储介质的示例，计算机存储介质旨在是非暂态的。尽管存储器单元72被示为在控制器30内，但是应当理解，存储器单元可以是分布式的或被远程定位，并且经由网络或其他通信链路来被访问。处理器70可以经由任何适当的系统总线与存储器单元72通信。
所示的处理器70可以包括滤波器单元80，以用于对从A-D转换器60接收的经转换功率信号62的功率分量(即，电流和电压)进行平均。经滤波的输出信号82然后被传递到功率确定单元84，功率确定单元84被配置为：基于功率信号的电压和电流分量，来确定功率转换器中的一个或多个功率转换器或功率转换系统10的功率和功率效率(如果需要的话)。功率确定单元84生成功率确定输出信号86，功率确定输出信号86被引入到迟滞单元88。迟滞单元88通过将选择方向上的切换或阈值水平设置为与相反方向上的阈值水平不同的水平，来减少输出信号90上的可能不利地影响出现在系统10下游的任何时钟信号的颤动或噪声。当测量的功率水平接近或处于转换器切换水平(例如，图13中的3.90W)时，迟滞单元有助于防止由控制器对功率转换器进行快速接通和关断(例如，颤动)。迟滞单元88在功率确定单元88计算出功率之后被应用，并且除非计算的功率相对于先前的功率计算改变超过迟滞量，否则迟滞单元不将输出信号90传输到查找表(LUT)92。控制器采用LUT 92，以便快速确定功率转换系统10的正确功率配置。具体地，查找表确定功率转换器阵列20中应当操作的功率转换器12a至12n的适当数目，以便满足负载26的功率需求，同时在所选择的最佳功率效率范围内并发地操作功率转换器12a至12n。LUT 92可以是多维表，其将负载所需的不同总功率水平与对应数目的正在操作的功率转换器相关联。适合与本发明一起使用的查找表92的简化版本的一个示例在图13中被示出。所示的查找表92(其是示例性的)涉及二维查找表，以用于具有大约20W的总额定功率的功率转换器系统。20W的功率转换器系统可以由以任何选择的方式安装(例如，诸如跨两个分离的电路板194和196)的六个功率转换器12a至12n组成，其中每个电路板194、196包括功率转换器中的三个功率转换器。在所示的示例表中，输入变量是所测量的功率192，输出是由控制器30生成的控制信号，该控制信号被发送到每个电路板，并且控制多少功率转换器被接通并且以快速时钟频率操作，诸如由图6至图7的选择单元110确定。所示的查找表92包括跨越系统的20W功率范围的一系列测量功率度量。如图所示，如果电路板设置为0，则所有与其相关的功率转换器都以慢时钟频率运行，并且因此被关断或禁用，并且如果设置为1，则功率转换器中的至少一个功率转换器被接通并且以快速时钟频率操作，同时并发地，其他两个功率转换器处于慢时钟频率并且被关断。在查找表92中，对于小于3.9W的功率系统水平，所有六个功率转换器被关断并且以慢时钟频率速度操作。随着功率增加，与第一电路板相关联的功率转换器一次一个地被转为接通状态。例如，对于3.91W至6.5W之间的功率水平，则功率转换器中的第一功率转换器被接通；第二功率转换器在6.51W至9.1W之间的功率水平下被接通；并且第三功率转换器在9.11W至12.7W之间的功率水平下被接通。在此期间，与第二电路板相关联的所有功率转换器被关断并且以慢时钟频率速度操作。对于高于12.71W的功率水平，随着功率的增加，除了第一电路板的功率转换器之外，与第二电路板相关联的功率转换器一次一个地被接通。优选地，功率转换器被接通并且在功率转换器中的另一个功率转换器被接通之前，在其相应的最佳功率效率范围内操作。即，当功率转换器在最佳功率效率范围内操作时，控制器30维持功率转换器的接通状态，并且当负载需要附加功率并且接通的功率转换器将在最佳功率效率范围之外操作时，接通附加的功率转换器。本领域技术人员将容易认识到，基于系统的总功率、所采用的功率转换器的数目以及用于电气安装功率转换器的电路板或刀片的数目，查找表92可以具有任何适当的格式或配置。处理器70还可以包括通用异步接收器-发射器(UART)设备98，用于根据任何适当的通信方法从用户接收指令，诸如通过串行接口(例如，通用串行总线(USB))。本领域技术人员将容易认识到，处理器70可以包括或实现所示控制器30的任何部件的功能，并且图3中所示的配置仅是适当配置的一个说明性示例。
控制器基于查找表(LUT)92中所存储的信息，生成一对输出信号，使得输出信号94被传输到选择单元110，以调整功率转换器12a至12n中的一个或多个功率转换器的频率，诸如时钟速率频率，并且输出信号96被引入到数模(D-A)转换器74，在数模(D-A)转换器74中，信号从数字信号被转换为模拟信号，然后被传输到比较单元120，以用于解决需要快速响应时间的负载功率情况。本领域技术人员将容易地认识到，控制器可以生成单个输出信号而不是多个输出信号，并且可以以串行方式而不是以所指示的并行方式来生成。
根据当前实施例，所示的功率转换器12a至12n具有大约0W至大约15W的操作功率负载范围，并且功率转换器被配置为：在大约2.6W的额定负载功率下达到大约97％的近峰值操作功率效率。如图5中所示，功率转换器12a至12n中的每个功率转换器具有与跨接通的转换器的负载电流有关的相关联的功率效率轮廓，并且该负载电流对应于负载所需的功率，这被图形地说明。如在图100中所示，当向负载26提供相对较低的负载电流时，功率转换器中的每个功率转换器能够获得峰值功率效率。功率转换器可以在大约0.25安培至0.30安培电流负载(相当于大约2.6W的额定负载功率)之间实现大约97％的峰值功率效率。还如图所示，功率转换器中的每个功率转换器跨转换器的几乎整个额定功率范围能够维持90％以上的功率效率。如本文所使用的，术语“最佳功率效率范围”旨在意指高于大约90％，优选高于大约95％的转换器功率效率和/或系统功率效率。前述范围还考虑了，操作功率转换器12a至12n中的每个功率转换器，使得跨每个转换器的功率在大约2.0W至大约6.0W之间的范围内，并且优选地在大约2.5W至大约5.0W之间的范围内。根据已知的电转换技术，功率水平可以容易地与负载电流水平相关，如在图5、图8和图10的图中所阐述的。本领域技术人员将容易地认识到，根据阵列20中采用的功率转换器的特定类型，功率转换器可以在其最佳功率效率范围之外操作。当如此操作时，功率转换器为密度牺牲了效率(例如，每立方厘米更多的瓦数)，并且因此每个功率转换器的功率更多。
本发明的功率转换系统10还可以包括时钟选择单元110和可选的比较单元120，如图6和图7中所示。除非另外指示，否则贯穿各个视图，相同的附图标记指代相同的部件。时钟选择单元110接收由控制器30生成的输出信号94，并且被配置为选择功率转换系统的一个或多个参数，例如，诸如功率转换器阵列20内的功率转换器12a至12n中的一个或多个功率转换器的操作频率。时钟选择单元110允许系统或用户选择或优化以选择频率操作的功率转换器12a至12n的数目。根据一种实践，时钟选择单元110可以被配置为：通过选择初始或第一时钟速率频率(其使能或接通功率转换器)和第二较低的时钟速率频率(其禁用或关断功率转换器)，来选择功率转换器12a至12n中的一个或多个功率转换器的操作时钟速率频率。如此，通过时钟选择单元110，控制器30在使用期间可以接通和关断所选择的功率转换器12a至12n。基于初始负载26的大小，控制器30基于LUT 92中所存储的信息来确定能够处理负载26的功率需求的要操作的功率转换器的适当数目，同时并发地在最佳能效范围内操作功率转换器12a至12n。控制器30的处理器70通过访问LUT 92，来确定要被接通或使能的功率转换器的数目。如在图7中所示，时钟选择单元110可以包括时钟生成器112和选择器114。时钟生成器112生成时钟频率信号，该时钟频率信号被传输到选择器114。选择器114还接收来自控制器30的输出信号94。所示的时钟生成器112可以位于时钟选择单元内或者可以位于系统内的其他位置，诸如在功率转换器阵列20中。时钟选择单元可以使用单个时钟生成器来生成第一或较高的时钟频率(例如，200kHz)，如果需要，时钟选择单元可以将其减小到第二较低的频率(例如，100kHz)。备选地，时钟生成器112可以包括多个时钟生成器，以用于生成在不同频率(例如，100kHz和200kHz)下的单独时钟信号。根据一个实施例，时钟选择单元110连同控制器30可以将一个或多个功率转换器的时钟速率频率设置为使能或接通时钟速率频率，并且将功率转换器的其余部分设置为第二较低的禁用或关断时钟速率频率(例如，关断或待机模式)。本领域技术人员将容易地认识到，时钟速率频率可以被设置为任何选择的频率范围，这取决于系统中采用的功率转换器的类型和功率转换系统10的布置，以及负载26的大小。根据一个实施例，时钟速率频率可以在大约0kHz至大约250kHz之间的范围内。更具体地，接通时钟速率频率可以是大约100kHz或大约200kHz，并且关断时钟速率频率可以是大约50kHz。关断时钟速率频率还确保：虽然功率转换器被关断，但是功率转换器12a至12n内的电容器36a至36c仍然被充电。此外，对于给定负载26，接通时钟速率频率足以有效地实现功率转换器的最佳或最大效率。选择单元110可以采用任何适当的电子电路，来帮助接收来自控制器30的输出信号和执行适当的频率选择，并且可以包括多路复用器、比较器、FPGA等中的一个或多个。这些部件的操作特性在本领域中是众所周知的。
图8阐述了适于接通功率转换器12a至12n的两个示例性时钟速率频率的示例。图130图示了功率转换器针对100kHz和200kHz的时钟速率频率的功率效率曲线，该功率效率曲线与如负载26要求的跨每个操作功率转换器的负载电流有关。针对100kHz频率的图132图示了在该频率上操作的功率转换器在较低的所需负载电流下实现了相对峰值或最佳的功率效率。针对200kHz频率的图134示出了，功率转换器在较大的所需负载电流下达到峰值或最佳功率效率，但在较宽的负载电流范围上维持较高的功率效率。如此，根据系统中采用的功率转换器的类型和负载26的大小，功率转换系统10可以选择100kHz频率或200kHz频率中的一个或两个，这两者都用于接通功率转换器。根据一个操作性示例，当每个功率转换器的负载电流在大约0.0A至大约0.5A之间时，选择单元110可以为功率转换器选择100kHz的频率，然后，对于每个功率转换器在大约0.5A至大约1.5A之间的负载电流切换到较高的200kHz频率。在该示例中，控制器30以较低的100kHz频率控制或操作功率转换器，直到所有功率转换器都被接通并且运行到每个功率转换器大约0.5A的所需电流负载为止。当这发生时，因为每个功率转换器的负载电流上升到0.5A水平以上，控制器30通过选择单元110将所选择的功率转换器上的频率增加到200kHz。如此，控制器30可以根据负载26动态地改变功率转换器的操作频率，其中较低的频率在相对较低的负载下被采用，并且较高的频率在较高的负载下被采用，以便在最佳功率效率范围内操作功率转换器。频率范围和偏好可以被存储在系统10或控制器30的存储器72中，并且控制器30可以基于存储在其中的指令来实现适当的时钟频率。
本发明的功率转换系统10还可以采用可选的比较单元120，比较单元120用作瞬时响应或有限储备(ILR)电路，用于在负载所需的功率相对较快地增加并且以该方式，控制器的正常操作占空比将太慢或延迟而不能充分接通功率转换器以向负载26提供功率的情况下，为负载26提供瞬时和近乎即时的功率。如图所示，比较单元120接收来自控制器30的瞬时功率信号59，瞬时功率信号59提供关于负载26的瞬时电流和电压要求的信息以及与输入功率相关联的信息。比较单元120还接收来自控制器30的输出信号96，输出信号96用作比较单元的功率阈值信号。比较单元120用于将瞬时功率信号59与阈值输出信号96进行比较，并且当与功率信号59相关联的值大于与输出信号96相关联的值时，系统10绕过控制器30并且经由选择单元110向功率转换器阵列20发送信号，以从功率转换器阵列20向负载26提供瞬时功率供给。如图3和图6中所示，瞬时功率信号59在引入到控制器30的处理器70之前被生成。如此，信号96由发生在处理器70内和处理器外(例如，由滤波器80、功率确定单元84、迟滞单元88和LUT 92进行)的各种处理而时间延迟。当瞬时功率信号59大于由输出信号96提供并且由控制器30确定的阈值功率水平时，功率转换系统10要求功率转换器阵列20向负载26提供附加功率。然而，在某些情况下，该功率需要在一个时间段内被提供给负载26，该时间段比控制器30可以向功率转换器阵列20提供指令，以通过接通附加功率转换器来向负载提供所需功率更快。如此，比较单元120绕过控制器30并且生成输出信号122，输出信号122被传输到选择单元110，选择单元110又将输出信号116传输到功率转换器阵列120。当功率转换器阵列20接收到输出信号116时，处于关断状态的功率转换器从内部电容器36a至36c直接向负载26提供存储或保留的能量。由功率转换器阵列提供的快速响应能量向负载26提供临时附加功率，同时控制器30处理来自系统10的输入信息，以确定用于切换到接通状态的功率转换器的适当数目，以向负载26提供可持续和更持久的功率源，以满足当前负载功率需求。根据一种实践，控制器30可以将阵列20中的所有功率转换器12a至12n切换到接通状态以向负载26提供功率，然后基于实时负载功率要求，来确定用于切换到关断状态的功率转换器的适当数目。比较单元120可以采用任何适当类型的电子部件来实现比较操作，并且可以包括例如比较器、乘法器等，并且可以使用模拟或数字部件或两者的组合来被实现。
本发明的功率转换系统10可扩展到高功率和电压水平(例如，>1kW)。在相对较低的功率水平下，功率转换阵列20以相对较高的功率效率(等于或高于97％)转换输入功率。功率转换系统10还采用功率转换器阵列20，由于消除了包括笨重和低效变压器的感应线设备，功率转换器阵列20提供高功率密度。
在操作中，输入功率从适当的电源(未示出)被提供给电力线14，并且因此被提供给转换器阵列20和形成阵列的功率转换器12a至12n。功率转换器优选是DC-DC功率转换器，其将电压从输入水平(例如，48V)逐步降低或减小到在输出电力线16处的适当的输出水平(例如，12V)。输出功率被提供给负载26。输入感测电路22使用公知的检测器来测量、感测或检测输入电压和电流，并且输出感测电路使用公知的检测器来测量、感测或检测输出电压和电流。由感测电路22、24生成的输入功率信息和输出功率信息被提供给控制器30。
当功率转换系统10从无负载(0.0W)状态或状况移动，并且然后开始增加提供给负载26的功率时，系统以功率转换器12a被初始接通或使能开始。第一功率转换器12a在大约2.6W处达到大约97％的峰值或最佳效率，并且维持该功率效率直到大约6.0W。因此，跨每个功率转换器，适于操作功率转换器的最佳效率功率范围在大约2.5W至大约6.0W之间。尽管第一或初始功率转换器12a可以处理6.0W以上的功率，但是功率转换器不再在最佳功率效率范围内操作。当由功率转换器提供的功率达到某个功率水平(例如，大约5.0W)时，控制器30接通或使能第二功率转换器12b，以帮助分享功率负载并且向负载26提供功率。功率转换系统10接通适当数目的功率转换器12a至12n，使得每个功率转换器在最佳功率范围内操作，并且因此以峰值或接近峰值效率操作。
图9是图示本发明的方法的至少一部分的示意流程图。功率转换系统10采用输入感测电路22和输出感测电路24来感测输入电压和电流以及输出电压和电流(例如，功率)，步骤140。电流和电压信息被提供给控制器30。然后，控制器30经由输出感测电路24所感测的输出电流和电压，来监测和确定负载26的功率需求，步骤142。然后，控制器使能或接通功率转换器阵列20的功率转换器12a至12n中的一个或多个功率转换器，步骤144，以便向负载26提供所需的功率。控制器30还经由控制器30和选择单元110(图6)来确定功率转换器的操作的频率。然后，控制器30通过监测跨功率转换器中的每个功率转换器的功率，来确定功率转换器12a至12n是否在最佳功率效率范围内操作，步骤146。如果功率转换器未在最佳功率效率范围内操作，则控制器控制正在操作的功率转换器的数目，步骤148。例如，如果功率高于最佳功率效率范围，则控制器接通选择数目的附加功率转换器。如果跨每个转换器的功率低于最佳功率效率范围，则控制器关断选择数目的功率转换器。如果功率转换器在最佳功率效率范围内操作，则控制器30维持正在操作的功率转换器的数目，步骤150。所示的过程可以一次一个功率转换器地继续，直到阵列20中最大数目的转换器被部署为止。使用本发明的自适应动态效率优化(ADEO)方法，从第二转换器开始的所有功率转换器都在最佳功率效率范围内操作。这种方法消除了功率转换器的传统效率曲线，并且允许功率转换系统10在高于2.6W的额定负载范围内的任何点处以峰值效率或非常接近峰值效率操作，这等于1kW设计中的额定负载的大约0.26％。
如图10中所示，本发明的系统10的功率效率曲线，与常规的基于磁性或感应线的功率转换器系统的功率效率曲线，以及与在没有本发明的自适应动态效率优化控制的情况下操作功率转换器的系统10进行比较。在由控制器30实现和控制的自适应动态效率优化方法下操作时，本发明的功率效率曲线160在小于大约1％的额定功率负载下，能够达到接近或处于大约97％的峰值操作效率。当功率转换器12a至12n被控制器30关断和接通以将它们维持在其相应的最佳功率效率范围内时，功率效率曲线160被维持在最佳功率效率范围内。相比之下，系统10在没有ADEO的情况下操作时的功率效率曲线164示出了：系统10没有达到具有ADEO控制的系统10的峰值效率水平，并且在较高负载电流水平下达到峰值功率效率水平。表示采用没有本发明的ADEO的磁性类型的功率转换器的功率转换系统的功率效率曲线168也示出了：该系统在低于其他系统的水平下和在较高负载电流下达到峰值效率。
可选地，本发明的功率转换系统10还可以在使用期间选择或变化功率转换器中的每个功率转换器的操作频率。如图11中所示，系统10通过利用输出感测电路24监测负载26的功率需求，初始确定负载的大小，步骤170。控制器30可以通过参考LUT 92中所存储的功率表，来确定功率转换器阵列20的功率需求。控制器可以基于预先存储的指令，来选择适当的时钟速率频率来操作功率转换器，步骤172。然后，系统可以监测负载所需的电流以确定其功率需求，并且基于根据该信息，控制器可以确定负载电流是否低于所选择的阈值水平(例如，0.5A)，步骤174。如果负载电流低于阈值水平，则系统可以维持功率转换器12a至12n的当前频率(例如，100kHz)。如果负载电流高于阈值水平，则控制器30可以调整或改变功率转换器的频率水平(例如，200kHz)，步骤176。
本发明的功率转换系统10的瞬时有限储备(ILR)特征例如在图6和图12中被示出。系统10经由输入感测电路22和输出感测电路24以及控制器30，确定输入电力线14和输出电力线16处的瞬时功率，步骤180。然后，控制器30确定负载的功率需求，步骤182，并且向功率转换器阵列发送控制信号以向负载提供功率。然后，比较单元120可以将瞬时功率信号59和与其相关联的任何值(如果需要的话)与由控制器30生成的功率控制信号96进行比较，步骤184。功率控制信号96作为比较单元120的阈值操作。然后，比较单元120确定信号59的瞬时功率值是否大于阈值96，步骤186。如果瞬时功率值不大于阈值，则系统继续监测和确定瞬时功率值。另一方面，如果瞬时功率值59大于阈值96，则比较单元120生成输出信号122，输出信号122被传输到选择单元110，选择单元110又绕过控制器30并且向功率转换器阵列20发送信号，指示处于关断状态或模式的功率转换器将任何所存储的功率释放到输出电力线16，步骤188。在控制器30确定适当数目的功率转换器12a至12n来转到接通状态时，该瞬时功率被提供给负载126，并且提供初始功率提升。
因此可以看出，本发明有效地实现了上述目的，尤其是根据前面的描述而变得明显的目的。由于可以在不脱离本发明的范围的情况下对上述构造进行某些改变，因此意图在于，以上描述中包含或附图中所示的所有内容以说明性而非限制性含义被解释。
还应当理解的是，权利要求将涵盖本文描述的本发明的所有一般和特定特征，并且本发明的范围的所有陈述，就语言而言，可以说是落入在两者之间。
在描述了本发明之后，要求保护的新颖且期望通过专利证书保护的权利要求如上。

Claims (28)

1.一种用于控制电力系统中的多个功率转换器的系统，包括：
多个功率转换器，形成用于在第一功率水平与第二功率水平之间转换功率的阵列，
公共输入电力线，在输入侧上被耦合到所述多个功率转换器，以用于以所述第一功率水平提供输入功率，
公共输出电力线，在输出侧上被耦合到所述多个功率转换器，以用于以所述第二功率水平向负载提供输出功率，
控制器，被耦合到所述多个功率转换器，以用于控制所述功率转换器的功率输出，
输入感测电路，被耦合到所述公共输入电力线和所述控制器，以用于感测所述公共输入电力线上的所述输入功率，并且用于将输入功率信号传输到所述控制器，以及
输出感测电路，被耦合到所述公共输出电力线和所述控制器，以用于感测所述公共输出电力线上的所述输出功率，并且将输出功率信号传输到所述控制器，
其中所述控制器被配置为：控制所述多个功率转换器中的每个功率转换器，以便根据所感测的输入功率和所感测的输出功率，将所述多个功率转换器中的每个功率转换器转变为接通状态或关断状态，使得所述多个功率转换器中处于所述接通状态的一个或多个功率转换器在最佳功率效率范围内操作。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个功率转换器中的每个功率转换器包括用于将所述功率从所述第一功率水平转换为所述第二功率水平的开关电容器型DC-DC降压功率转换器，其中所述第二功率水平低于所述第一功率水平。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述功率转换器中的每个功率转换器包括DC-DC功率转换器、DC-AC功率转换器或AC-DC功率转换器。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个功率转换器中的每个功率转换器包括多个电容器，所述多个电容器存储了与所述每个功率转换器相关联的功率。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述多个电容器以并联布置、串联布置、并联-串联布置或串联-并联布置电连接。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器包括处理器、查找表和用于存储指令的存储器，所述指令在被所述处理器接收时，指示所述处理器：
确定跨所述多个功率转换器中的一个或多个功率转换器的所述功率，以及
基于所述一个或多个功率转换器的所述功率，访问所述查找表并且从中确定所述控制器将所述多个功率转换器中的哪个功率转换器置于所述接通状态和所述关断状态。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器包括：
存储器单元，用于存储用于控制所述多个功率转换器的指令，
信号调节器，用于调节所述输入功率信号和所述输出功率信号并且生成经调节的输出功率信号，
AC-DC转换器，用于将所述经调节的输出功率信号转换为DC经调节的输出功率信号，以及
处理器，用于处理所述DC经调节的输出功率信号，并且用于基于所存储的指令来生成控制器输出信号，所述控制器输出信号用于控制所述多个功率转换器中的一个或多个功率转换器，以便将所述多个功率转换器转换为所述接通状态和所述关断状态。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述经调节的输出功率信号具有经调节的输出电压分量和经调节的输出电流分量，并且其中所述处理器包括：
滤波器单元，用于平均所述经调节的输出功率信号中的所述经调节的输出电压分量和所述经调节的输出电流分量，
功率确定单元，用于基于所述经调节的输出电压分量和所述经调节的输出电流分量的平均值来确定跨所述多个功率转换器中的一个或多个功率转换器的功率，并且生成功率确定输出信号，
迟滞单元，用于减少所述功率确定输出信号中的噪声，以及
查找表，用于存储与跨所述多个功率转换器中的至少一个功率转换器的多个功率水平相关联的信息，所述至少一个功率转换器与将被置于所述接通状态或所述关断状态的多个功率转换器相关。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制器基于所述查找表来生成一个或多个输出控制信号，以用于将所述多个功率转换器中的一个或多个功率转换器转换为所述接通状态和所述关断状态。
10.根据权利要求9所述的系统，其中跨所述控制器的所述功率水平对应于所述负载的功率要求。
11.根据权利要求7所述的系统，其中所述输入功率信号具有输入电压分量和输入电流分量，并且所述输出功率信号具有输出电压分量和输出电流分量，并且其中所述信号调节器还包括：
电压调节单元，用于缓冲所述输入电压分量和所述输出电压分量，以从中去除噪声并且将所述输入电压分量和所述输出电压分量缩放到选择的电压水平，以供所述控制器使用，以及
电流调节单元，用于对所述输入电流分量和所述输出电流分量进行滤波。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述电流调节单元包括用于对所述输入电流分量和所述输出电流分量进行滤波的低通滤波器。
13.根据权利要求1所述的系统，还包括：
信号调节器，用于调节所述输入功率信号和所述输出功率信号并且生成经调节的输出功率信号，
时钟选择单元，被耦合到所述控制器和所述多个功率转换器，以用于改变所述多个功率转换器中的一个或多个功率转换器的频率，以及
比较单元，被耦合到所述控制器和所述选择单元。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器生成第一输出控制信号，并且其中所述比较单元接收所述经调节的输出功率信号和所述第一输出控制信号，并且作为响应生成输出比较信号。
15.根据权利要求4所述的系统，其中所述控制器生成第一输出控制信号，并且其中所述比较单元接收所述经调节的输出功率信号和所述第一输出控制信号，并且作为响应，当与所述经调节的输出功率信号相关联的值大于与所述第一输出控制信号相关联的值时，生成输出比较信号。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述输出比较信号被传输到所述时钟选择单元，所述时钟选择单元进而将输出信号传输到所述多个功率转换器，并且其中响应于来自所述时钟选择单元的所述输出信号，处于所述关断状态的所述功率转换器的所述一个或多个电容器的所存储功率被传输到所述公共输出电力线。
17.根据权利要求13所述的系统，其中所述时钟选择单元包括用于生成所述频率的一个或多个时钟生成器，以及用于选择所述频率的选择器。
18.一种控制电力系统中的多个功率转换器的方法，包括
提供多个功率转换器，所述多个功率转换器形成用于在第一功率水平与第二功率水平之间转换功率的阵列，
提供控制器，所述控制器被耦合到所述多个功率转换器，以用于控制所述功率转换器的功率输出，
利用被耦合到所述控制器和输入电力线的输入感测电路，来感测所述输入电力线上的输入功率并且将输入功率信号传输到所述控制器，以及
利用被耦合到所述控制器和输出电力线的输出感测电路，来感测所述输出电力线上的输出功率并且将输出功率信号传输到所述控制器，以及
控制所述多个功率转换器中的每个功率转换器，以便根据所感测的输入功率和所感测的输出功率，将所述多个功率转换器中的每个功率转换器转变为接通状态或关断状态，使得所述多个功率转换器中处于所述接通状态的一个或多个功率转换器在最佳功率效率范围内操作。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述多个功率转换器中的每个功率转换器包括用于将所述功率从所述第一功率水平转换为所述第二功率水平的开关电容器型DC-DC降压功率转换器，其中所述第二功率水平低于所述第一功率水平。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括：
确定跨所述多个功率转换器中的一个或多个功率转换器的功率，以及
基于所述一个或多个功率转换器的所述功率，访问查找表并且从中确定所述控制器将所述多个功率转换器中的哪个功率转换器置于所述接通状态和所述关断状态。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述控制器包括：
存储器单元，用于存储用于控制所述多个功率转换器的指令，
信号调节器，用于调节所述输入功率信号和所述输出功率信号并且生成经调节的输出功率信号，
AC-DC转换器，用于将所述经调节的输出功率信号转换为DC经调节的输出功率信号，以及
处理器，用于处理所述DC经调节的输出功率信号，并且用于基于所存储的指令来生成控制器输出信号，所述控制器输出信号用于控制所述多个功率转换器中的一个或多个功率转换器，以便将所述多个功率转换器转换为所述接通状态和所述关断状态。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述经调节的输出功率信号具有经调节的输出电压分量和经调节的输出电流分量，并且其中所述处理器包括：
滤波器单元，用于平均所述经调节的输出功率信号中的所述经调节的输出电压分量和所述经调节的输出电流分量，
功率确定单元，用于基于所述经调节的输出电压分量和所述经调节的输出电流分量的平均值来确定跨所述多个功率转换器中的一个或多个功率转换器的功率，并且生成功率确定输出信号，
迟滞单元，用于减少所述功率确定输出信号中的噪声，以及
查找表，用于存储与跨所述多个功率转换器中的至少一个功率转换器的多个功率水平相关联的信息，所述至少一个功率转换器与将被置于所述接通状态或所述关断状态的多个功率转换器相关。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述控制器基于所述查找表来生成一个或多个输出控制信号，以用于将所述多个功率转换器中的一个或多个功率转换器转换为所述接通状态和所述关断状态。
24.根据权利要求18所述的方法，还包括：
调节所述输入功率信号和所述输出功率信号，并且生成经调节的输出功率信号，
改变所述多个功率转换器中的一个或多个功率转换器的频率，以及
将与由所述控制器生成的控制信号相关联的值和与所述经调节的输出功率信号相关联的值进行比较，并且当所述经调节的输出信号的所述值大于所述控制信号的所述值时，生成比较信号。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括：响应于所述比较信号，将处于所述关断状态的所述功率转换器的一个或多个电容器中的所存储功率传输到所述输出电力线。
26.根据权利要求18所述的方法，其中所述控制器生成第一输出控制信号，还包括：
利用信号调节器来调节所述输入功率信号和所述输出功率信号并且生成经调节的输出功率信号，
利用时钟选择单元，改变所述多个功率转换器中的一个或多个功率转换器的频率，以及
利用比较单元来比较所述经调节的输出功率信号和所述第一输出控制信号，并且作为响应，当与所述经调节的输出功率信号相关联的值大于与所述第一输出控制信号相关联的值时，生成输出比较信号。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括：
将所述输出比较信号传输到所述时钟选择单元，所述时钟选择单元进而将输出信号传输到所述多个功率转换器，以及
响应于来自所述时钟选择单元的所述输出信号，将与所述多个功率转换器中处于所述关断状态的每个功率转换器相关联的一个或多个电容器的所存储功率传输到所述输出电力线。
28.根据权利要求26所述的方法，其中所述时钟选择单元包括用于生成所述频率的一个或多个时钟生成器，以及用于选择所述频率的选择器。
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