CN117833667A - 功率转换器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种功率转换器，涉及功率转换技术领域。功率转换器包括L相，L相中每一相包括一个相臂、一个电感、至少一个飞跨电容和一个输出连接点。在每相中：相臂包括串联连接在输入电源与输出连接点之间的N个高侧开关和连接在输出连接点与地之间的低侧开关，电感连接在输出连接点与输出端之间。第L相的第一飞跨电容连接在第L相的相臂和第一相的输出连接点之间，第M相的第一飞跨电容连接在第M相的相臂和第M+1相的输出连接点之间。L相中的各开关均被配置为周期性地导通与关断，以使得输入电源的电压与输出端电压的比值为N/D。通过上述方式，能够实现功率转换器中多个电感的自动均流过程，以防止电流出现额外损失，进而提高功率转换效率。

Description

功率转换器

技术领域

本申请涉及功率转换技术领域，特别是涉及一种功率转换器。

背景技术

数据中心通常采用12V总线系统。12V总线电压要么由AC到DC电源产生，要么由48V总线转换为12V总线。然后将12V转换为低电压，例如0.8V、1.0V、1.2V、1.5V、1.8V等低电压，以为不同的系统负载供电，例如CPU、GPU、ASIC、FPGA等系统负载。

目前，通常通过图1所示的降压DC/DC转换器以将12V总线电压转换为低电压。当需要增大输出端VOUT的输出电流时，通常直接将多个图1所示的降压DC/DC转换器的输出端VOUT并联。然而，该种方式会导致多个图1所示的降压DC/DC转换器的输出端VOUT并联后的整体在工作时，流经各电感的电流会不均衡，从而产生额外损失，导致功率转换效率降低。

发明内容

本申请旨在提供一种功率转换器，能够实现功率转换器中多个电感的自动均流过程，以防止电流出现额外损失，进而提高功率转换效率。

为实现上述目的，第一方面，本申请提供一种功率转换器，包括：

L相，所述L相中每一相包括一个相臂、一个电感、至少一个飞跨电容和一个输出连接点，L为＞2的正整数；

其中，在每相中：所述相臂包括串联连接在输入电源与所述输出连接点之间的N个高侧开关和连接在所述输出连接点与地之间的低侧开关，所述电感连接在所述输出连接点与所述功率转换器的输出端之间；

所述L相中的第L相的第一飞跨电容连接在第L相的相臂和第一相的输出连接点之间，所述L相中的第M相的第一飞跨电容连接在第M相的相臂和第M+1相的输出连接点之间，其中，M为＜L的正整数；

所述L相中的各开关均被配置为周期性地导通与关断，以使得所述输入电源的电压与所述输出端的电压的比值为N/D，其中，N为≥2的整数，D为控制所述高侧开关的信号的占空比。

在一种可选的方式中，每个相臂都包括第一开关、第二开关与第三开关，所述第三开关、所述第二开关与所述第一开关依次串联连接在输入电源和地之间，其中，在每相中，所述第一开关与所述第二开关之间的连接节点是该相的输出连接点，且N=2；

第M相的第一飞跨电容连接在第M相的第三开关和第二开关的连接节点，和第M+1相的输出连接点之间；

第L相的第一飞跨电容连接在第L相的第三开关和第二开关的连接节点，和第一相的输出连接点之间；

所述L相中的各开关均被配置为周期性地导通与关断，以使得所述输入电源的电压与所述输出端的电压的比值为2/D，其中，D为控制所述第二开关、所述第三开关的信号的占空比，且控制所述第一开关的信号的占空比为1-D。

在一种可选的方式中，当L为偶数时，所述功率转换器被配置为以四个时间段为一个周期运行；

在所述四个时间段的第一个时间段中，奇数相臂的第一开关、奇数相臂的第三开关和偶数相臂的第二开关被配置为导通，偶数相臂的第一开关、偶数相臂的第三开关和奇数相臂的第二开关被配置为关断；

在所述四个时间段的第二个时间段中，每个相臂的第一开关被配置为导通，每个相臂的第三开关和第二开关被配置为关断；

在所述四个时间段的第三个时间段中，奇数相臂的第一开关、奇数相臂的第三开关和偶数相臂的第二开关被配置为关断，偶数相臂的第一开关、偶数相臂的第三开关和奇数相臂的第二开关被配置为导通；

在所述四个时间段的第四个时间段中，每个相臂的第一开关被配置为导通，每个相臂的第三开关和第二开关被配置为关断。

在一种可选的方式中，配置占空比D在0%到50%的范围内，以使所述输出端的电压在0V到所述输入电源的电压的四分之一之间。

在一种可选的方式中，各第三开关顺序错相360/L度导通；

第M相臂的第三开关与第M+1相臂的第二开关同时导通和关断；

第L相臂的第三开关与第一相臂的第二开关同时导通和关断；

每个相臂的第一开关与第二开关互补地导通和关断。

在一种可选的方式中，配置所述占空比D在0到1/L的范围内，以使所述输出端的电压在0V到所述输入电源的电压的1/(2L)之间。

在一种可选的方式中，所述L相中的每相还包括第二飞跨电容；

每个相臂包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关依次串联连接在地和输入电源之间，其中，在每相中，所述第一开关与所述第二开关之间的连接节点是该相的输出连接点，且N=3；

第M相的第一飞跨电容连接在第M相臂的第二开关和第三开关的连接节点，和第M+1相的输出连接点之间；

第L相的第一飞跨电容连接在第L相臂的第二开关和第三开关的连接节点，和第一相的输出连接点之间；

其中，所述L相中的各开关均被配置为周期性地导通与关断，以使得所述输入电源的电压与所述输出端的电压的比值为3/D，其中，D为控制所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关的信号的占空比，且控制所述第一开关的信号的占空比为1-D。

在一种可选的方式中，第M相的第二飞跨电容连接在第M相臂的第四开关和第三开关的连接节点，和除第M+1相以外的任意一相的输出连接点之间；

第L相的第二飞跨电容连接在第L相臂的第四开关和第三开关的连接节点，和除第一相以外的任意一相的输出连接点之间。

在一种可选的方式中，第M相的第二飞跨电容连接在第M相臂的第四开关和第三开关的连接节点，和第M+1相臂的第三开关和第二开关的连接节点之间；

第L相的第二飞跨电容连接在第L相臂的第四开关和第三开关的连接节点，和第一相臂的第三开关和第二开关的连接节点之间。

在一种可选的方式中，各第四开关顺序错相360/L度导通；

每个相臂的第一开关与第二开关以互补的方式导通与关断；

配置所述占空比D在0到1/L的范围内，以使所述输出端的电压在0V到所述输入电源的电压的1/(3L)之间。

在一种可选的方式中，在每相中，第二飞跨电容连接在第四开关和第三开关之间的连接节点，和输出连接点之间。

在一种可选的方式中，当L为偶数时，所述功率转换器被配置为以四个时间段为一个周期运行；

在所述四个时间段的第一个时间段中，奇数相臂的第一开关和第三开关，以及偶数相臂的第二开关和第四开关被配置为导通，偶数相臂的第一开关和第三开关，以及奇数相臂的第二开关和第四开关被配置为关断；

在所述四个时间段的第二个时间段中，每个相臂的第一开关被配置为导通，每个相臂的第四开关、第三开关和第二开关被配置为关断；

在所述四个时间段的第三个时间段中，奇数相臂的第一开关和第三开关，以及偶数相臂的第二开关和第四开关被配置为关断，偶数相臂的第一开关和第三开关，以及奇数相臂的第二开关和第四开关被配置为导通；

在所述四个时间段的第四个时间段中，每个相臂的第一开关被配置为导通，每个相臂的第四开关、第三开关和第二开关被配置为关断；

其中，配置所述占空比D在0%到50%的范围内，以使所述输出端的电压在0V到所述输入电源的电压的六分之一之间。

在一种可选的方式中，所述L相中每一相还包括第二飞跨电容和第三飞跨电容，且L为偶数：

每个相臂包括串联连接在地和输入电源之间的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关，其中，在每相中，所述第一开关与所述第二开关之间的连接节点是该相的输出连接点，且N=4；

第M相的第一飞跨电容连接在第M相臂的第二开关和第三开关的连接节点，和第M+1相的输出连接点之间；

第L相的第一飞跨电容连接在第L相臂的第三开关和第二开关的连接节点，和第一相的输出连接点之间；

在每相中，第二飞跨电容连接在第四开关和第三开关的连接节点，和输出连接点之间；

第J相的第三飞跨电容连接在第J相臂的第四开关和第五开关的连接节点，和第J-1相的输出连接点之间，其中，J为整数且1＜J≤L；

第一相的第三飞跨电容连接在第一相臂的第四开关和第五开关的连接节点，和第L相的输出连接点之间；

其中，所述L相中的各开关均被配置为周期性地导通与关断，以使得所述输入电源的电压与所述输出端的电压的比值为4/D，其中，D为控制所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第五开关的信号的占空比，且控制所述第一开关的信号的占空比为1-D。

在一种可选的方式中，所述功率转换器被配置为以四个时间段为一个周期运行，其中：

在所述四个时间段的第一个时间段中，奇数相臂的第一开关、第三开关和第五开关，以及偶数相臂的第二开关和第四开关被配置为导通，奇数相臂的第二开关、第四开关，以及偶数相臂的第一开关、第三开关和第五开关被配置为关断；

在所述四个时间段的第二个时间段中，每个相臂的第一开关被配置为导通，每个相臂的第五开关、第四开关、第三开关、第二开关被配置为关断；

在所述四个时间段的第三个时间段中，奇数相臂的第一开关、第三开关和第五开关，以及偶数相臂的第二开关和第四开关被配置为关断，奇数相臂的第二开关、第四开关，以及偶数相臂的第一开关、第三开关和第五开关被配置为导通；以及

在所述四个时间段的第四个时间段中，每个相臂的第一开关被配置为导通，每个相臂的第五开关、第四开关、第三开关、第二开关被配置为关断；

其中，配置所述占空比D在0%到50%的范围内，以使所述输出端的电压在0V到所述输入电源的电压的八分之一之间。

在一种可选的方式中，所述功率转换器还包括K个扩展单元，所述K个扩展单元中每个扩展单元包括L个扩展子单元，其中，K为≥1的整数；

每个扩展子单元包括连接在扩展子单元的第一端和第二端之间的扩展开关，以及连接在扩展子单元的第二端和第三端之间的扩展电容；

每个相臂都包括第一开关、第二开关与第三开关，所述第三开关、所述K个扩展单元中的K个扩展开关、所述第二开关与所述第一开关依次串联连接在输入电源和地之间，其中，在每相中，所述第一开关与所述第二开关之间的连接节点该相的是输出连接点；

第M相的第一飞跨电容连接在第M相臂的第二开关和第一个扩展单元中的第M扩展子单元的扩展开关的连接节点与第M+1相的输出连接点之间；

第L相的第一飞跨电容连接在第L相臂的第二开关和第一个扩展单元中第L扩展子单元的扩展开关的连接节点与第一相的输出连接点之间；

第一个扩展单元中第M个扩展子单元的第二端通过K-1个扩展子单元与第M相臂的第三开关连接；

第一个扩展单元中第M个扩展子单元的第三端连接到除第M+1相以外的任意一相的输出连接点；

第一个扩展单元中第L个扩展子单元的第三端连接到除第一相以外的任意一相的输出连接点；

第I个扩展单元的第H个扩展子单元的第一端连接到第I-1个扩展单元的第H个扩展子单元的第二端，其中，H、I为正整数，且L≥H，1≤I≤K；

第I个扩展单元的第H个扩展子单元的第三端连接到除第I-1个扩展单元的第H个扩展子单元的第三端所连接的相以外的任意一相的输出连接点；

第K个扩展单元的第H个扩展子单元的第二端与第H相臂的第三开关连接；

其中，所述L相中的各开关和所述K个扩展单元中的各扩展开关均被配置为周期性地导通与关断，以使得所述输入电源的电压与所述输出端的电压的比值为(K+2)/D，其中，D为控制所述第二开关、所述第三开关和各扩展单元中扩展开关的信号的占空比，且控制所述第一开关的信号的占空比为1-D。

在一种可选的方式中，各第三开关顺序错相360/L度导通；

每个相臂的第一开关与第二开关以互补的方式导通与关断；

配置所述占空比D在0到1/L的范围内，以使所述输出端的电压在0V到所述输入电源的电压的1/((K+2)×L)之间调节。

在一种可选的方式中，当L为偶数时，奇数扩展单元的第H个扩展子单元的第三端连接到第H相的输出连接点；

偶数扩展单元的第H个扩展子单元的第三端连接到除第H相以外的任意一相的输出连接点。

在一种可选的方式中，所述功率转换器被配置为以四个时间段为一个周期运行；

在所述四个时间段的第一个时间段中，奇数相臂的第一开关、奇数扩展单元的奇数扩展开关、偶数扩展单元的偶数扩展开关和偶数相臂的第二开关被配置为导通，奇数相臂的第二开关、奇数扩展单元的偶数扩展开关、偶数扩展单元的奇数扩展开关和偶数相臂的第一开关被配置为关断；

在所述四个时间段的第二个时间段中，每个相臂的第一开关被配置为导通，每个相臂的第三开关、第二开关以及K个扩展单元的扩展开关被配置为关断；

在所述四个时间段的第三个时间段中，奇数相臂的第一开关、奇数扩展单元的奇数扩展开关、偶数扩展单元的偶数扩展开关和偶数相臂的第二开关被配置为关断，奇数相臂的第二开关、奇数扩展单元的偶数扩展开关、偶数扩展单元的奇数扩展开关和偶数相臂的第一开关被配置为导通；

在所述四个时间段的第四个时间段中，每个相臂的第一开关被配置为导通，每个相臂的第三开关、第二开关以及K个扩展单元的扩展开关被配置为关断；

其中，配置所述占空比D在0%到50%的范围内，以使所述输出端的电压在0V到所述输入电源的电压的1/(2×(2+K))之间。

本申请的有益效果是：本申请提供的功率转换器包括L相。L相中每一相包括一个相臂、一个电感、至少一个飞跨电容和一个输出连接点，L为＞2的正整数。其中，在每相中：相臂包括串联连接在输入电源与输出连接点之间的N个高侧开关和连接在输出连接点与地之间的低侧开关，电感连接在输出连接点与功率转换器的输出端之间。L相中的第L相的第一飞跨电容连接在第L相的相臂和第一相的输出连接点之间，L相中的第M相的第一飞跨电容连接在第M相的相臂和第M+1相的输出连接点之间，其中，M为＜L的正整数。L相中的各开关均被配置为周期性地导通与关断，以使得输入电源的电压与功率转换器的输出端的电压的比值为N/D，其中，N为≥2的整数，D为控制高侧开关的信号的占空比。通过上述方式，在功率转换器的运行过程中，各电感之间能够实现自动均流过程。从而，能够防止电流出现额外损失，有利于提高功率转换效率。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为相关技术中的功率转换器的结构示意图；

图2为图1所示的电路在多个时间段的等效电路图的示意图一；

图3为图1所示的电路在多个时间段的等效电路图的示意图二；

图4为图1所示的电路在多个时间段的等效电路图的示意图三；

图5为图1所示的电路结构中各信号的示意图；

图6为本申请实施例提供的功率转换器的电路结构的示意图一；

图7为图6所示的电路在多个时间段的等效电路图的示意图一；

图8为图6所示的电路在多个时间段的等效电路图的示意图二；

图9为本申请实施例提供的包括图6所示的功率转换器的模块的示意图一；

图10为本申请实施例提供的包括多个图9所示的模块的示意图一；

图11为图10所示的结构在一个时间段内的状态的示意图一；

图12为图10所示的结构在一个时间段内的状态的示意图二；

图13为图10所示的结构在一个时间段内的状态的示意图三；

图14为图10所示的结构在一个时间段内的状态的示意图四；

图15为本申请实施例提供的包括图6所示的功率转换器的模块的示意图二；

图16为本申请实施例提供的包括多个图15所示的模块的示意图一；

图17为图16所示的结构在一个时间段内的状态的示意图一；

图18为图16所示的结构在一个时间段内的状态的示意图二；

图19为图16所示的结构在一个时间段内的状态的示意图三；

图20为图16所示的结构在一个时间段内的状态的示意图四；

图21为本申请实施例提供的功率转换器的结构示意图一；

图22为与图21所示的功率转换器对应的电路结构的示意图一；

图23为图21所示的结构在一个时间段内的状态的示意图一；

图24为图21所示的结构在一个时间段内的状态的示意图二；

图25为图21所示的结构在一个时间段内的状态的示意图三；

图26为图21所示的结构在一个时间段内的状态的示意图四；

图27为与图21所示的功率转换器对应的电路结构的示意图二；

图28为图27所示的结构在一个时间段内的状态的示意图一；

图29为图27所示的结构在一个时间段内的状态的示意图二；

图30为图27所示的结构在一个时间段内的状态的示意图三；

图31为图27所示的结构在一个时间段内的状态的示意图四；

图32为图27所示的结构中各信号的示意图；

图33为本申请实施例提供的功率转换器的结构示意图二；

图34为与图33所示的功率转换器对应的电路结构的示意图一；

图35为与图33所示的功率转换器对应的电路结构的示意图二；

图36为本申请实施例提供的功率转换器的结构示意图三；

图37为与图36所示的功率转换器对应的电路结构的示意图一；

图38为在图27所示的电路结构增加扩展单元的示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1示出了具有输入电源Vin的电压与输出端Vout的电压的比例为3：D的双相功率转换器。如图1所示，该功率转换器包括两个相。第一个相包括第四开关Q4A、第三开关Q3A、第二开关Q2A、第一开关Q1A、第一飞跨电容C1A、第二飞跨电容C2A以及电感LA。第四开关Q4A、第三开关Q3A、第二开关Q2A和第一开关Q1A串联连接在输入电源Vin和地之间。第二开关Q2A和第三开关Q3A的公共节点与第一飞跨电容C1A连接。第三开关Q3A和第四开关Q4A的公共节点与第二飞跨电容C2A连接。第一开关Q1A和第二开关Q2A的公共节点与电感LA、第一飞跨电容C1B和第二飞跨电容C2A连接。第一开关Q1A和第二开关Q2A的公共节点为开关节点SWA。

第二个相包括第四开关Q4B、第三开关Q3B、第二开关Q2B、第一开关Q1B、第一飞跨电容C1B、第二飞跨电容C2B以及电感LB。第四开关Q4B、第三开关Q3B、第二开关Q2B和第一开关Q1B串联连接在输入电源Vin和地之间。第四开关Q4B和第三开关Q3B的公共节点与第二飞跨电容C2B连接。第三开关Q3B和第二开关Q2B的公共节点与第一飞跨电容C1B连接。第一开关Q1B和第二开关Q2B的公共节点与电感LB、第一飞跨电容C1A和第二飞跨电容C2B连接。第一开关Q1B和第二开关Q2B的公共节点为开关节点SWB。

如图1所示，两个相共享输入滤波电容Cin和输出滤波电容Co。在一些实施方式中，图1所示的功率转换器在每个开关周期内包括四个时间段。在第一个时间段T1内，第一开关Q1A、第三开关Q3A、第二开关Q2B和第四开关Q4B导通，其余功率开关关断。能量从输入电源Vin通过第四开关Q4B、第二飞跨电容C2B和电感LB传递到输出滤波电容Co和连接在功率转换器的输出端Vout的系统负载。第二飞跨电容C2B和电感LB被充电。存储在第一飞跨电容C1B中的能量通过第一开关Q1A和第二开关Q2B放电到输出滤波电容Co和系统负载。存储在第二飞跨电容C2A中的能量通过第一飞跨电容C1A、第一开关Q1A、第三开关Q3A和电感LB放电。第一飞跨电容C1A也被充电。

在第二个时间段T2内，第一开关Q1B导通，第一开关Q1A保持导通。其余功率开关关断。该时间段内不传递能量。电感LA和电感LB均被放电以向输出滤波电容Co和系统负载传递能量。

在第三个时间段T3内，第一开关Q1B、第二开关Q2A、第三开关Q3B和第四开关Q4A导通，其余功率开关关断。功率从输入电源Vin通过第四开关Q4A、第二飞跨电容C2A和电感LA传递到输出滤波电容Co和系统负载。第二飞跨电容C2A和电感LA被充电。存储在第二飞跨电容C2B中的能量通过第一开关Q1B和第三开关Q3B放电到输出滤波电容Co。与此同时，第一飞跨电容C1B被充电。存储在第一飞跨电容C1A中的能量通过第一开关Q1B和第二开关Q2A放电到输出滤波电容Co。

在第四个时间段T4内，第一开关Q1A导通，第一开关Q1B保持导通。其余功率开关关断。该时间段内不传递能量。电感LA和电感LB中存储的能量分别通过导通的第一开关Q1A和导通的第一开关Q1B被放电到输出滤波电容Co和系统负载。在这种工作模式下，电压降低比（Vin/Vout）为3/D1。D1是占空比，且D1等于T1/Ts或T3/Ts，其中Ts为开关周期。由于占空比D1无法高于50%，功率转换器的输出端的电压调节范围在0到Vin/6之间。

图2示例性示出了图1所示的功率转换器的两个等效电路图。为简单起见，占空比D1被设置为最大占空比，即50%。响应于此最大占空比，如图2所示，仅有图1中描述的四个时间段中的两个时间段是适用的，其中包括在第一个时间段T1内工作的功率转换器的等效电路图，以及在第三个时间段T3内工作的功率转换器的等效电路图。值得注意的是，在最大占空比（50%）下，T2和T4均为零。T1和T3形成一个开关周期。

在第一个时间段T1内，第一开关Q1A、第二开关Q2B、第三开关Q3A和第四开关Q4B导通，其余功率开关关断。有三个与开关节点SWB（电感LB的输入端）连接的电流路径。如图2所示，在第一个电流路径中，输入电源Vin通过第二飞跨电容C2B向开关节点SWB提供电流。在第二个电流路径中，串联连接的第一飞跨电容C1A和第二飞跨电容C2A向开关节点SWB提供电流。在第三个电流路径中，第一飞跨电容C1B向开关节点SWB提供电流。

在第三个时间段T3内，第一开关Q1B、第二开关Q2A、第三开关Q3B和第四开关Q4A导通，其余功率开关关断。同样存在与开关节点SWA（电感LA的输入端）连接的三个电流路径。如图2所示，在第一个电流路径中，输入电源Vin通过第二飞跨电容C2A向开关节点SWA提供电流。在第二个电流路径中，串联连接的第一飞跨电容C1B和第二飞跨电容C2B向开关节点SWA提供电流。在第三个电流路径中，第一飞跨电容C1A向开关节点SWA提供电流。

具体地，当占空比D1为50%时，该功率转换器的电压转换比等于6。第二飞跨电容C2A和第二飞跨电容C2B的稳态电压为Vin的三分之二。第一飞跨电容C1A和第一飞跨电容C1B的稳态电压为Vin的三分之一。开关节点SWA与开关节点SWB上的电压均在地和Vin/3之间进行切换。

现在假设在第一个时间段T1的开始时，各飞跨电容的电压处于其稳态值。在第一个时间段结束时，由于第一飞跨电容C1B通过电感LB向输出端Vout和连接到输出端Vout的系统负载放电，第一飞跨电容C1B的电压降至(Vin/3)-∆V。在一些实施方式中，∆V是第一飞跨电容C1B在第一个时间段T1结束时放电后的电压变化。相应地，在开关节点SWB上，电压降至(Vin/3)-∆V，第二飞跨电容C2B上的电压等于Vin-V(SWB)，即(2Vin/3)+∆V。在具有第二飞跨电容C2A和第一飞跨电容C1A的电流路径中，假设第一飞跨电容C1A和第二飞跨电容C2A具有近似相同的电容，由于流过第一飞跨电容C1A和第二飞跨电容C2A的电流相同，开关节点SWB上的电压降均匀分布在第一飞跨电容C1A和第二飞跨电容C2A之间。换句话说，第二飞跨电容C2A的放电电压为(2Vin/3)-(∆V/2)。第一飞跨电容C1A的充电电压为(Vin/3)+(∆V/2)。总之，在第一个时间段T1结束时，所有飞跨电容的电压可以用以下方程表示：

在飞跨电容上的这些电压的基础上，在第三个时间段T3的开始时，三个电流路径被重新配置，如图2中的第三个时间段T3所示。从第一个电流路径（从输入电源Vin经过第二飞跨电容C2A到开关节点SWA）施加到开关节点SWA的电压可以表示为：

从第二个电流路径（从第二飞跨电容C2B和第一飞跨电容C1B到开关节点SWA）施加到开关节点SWA的电压可以表示为：

从第三个电流路径（从第一飞跨电容C1A到开关节点SWA）施加到开关节点SWA的电压可以表示为：

如方程（5）、（6）和（7）所示，来自第二个电流路径的电压高于第一个电流路径和第三个电流路径的电压。在开关节点SWA上，三个电流路径具有不同的电压。在开关节点SWA和输出端Vout之间存在电感LA，防止对输出端Vout和连接到输出端Vout的负载提供的电流发生突变，同时允许开关节点SWA上的电压发生突变。由于存在电压差异，飞跨电容之间将发生电荷转移。特别是，具有串联连接的两个第一飞跨电容C1B和第二飞跨电容C2B的电流路径瞬时向具有单一电容的电流路径充电，从而引起电流峰值和相关的电荷转移损失。

这种电荷转移损失可能是图1所示的功率变换器的功率转换损失的一个重要部分。特别是当飞跨电容值相对于功率变换器的工作频率较小时，电荷转移损失可能更为严重。通过引入额外的开关状态，可以减小不同电流路径之间的电压差异，从而缓解这个问题，下文将在图3中进行描述。

图3示例性示出了图1所示的功率转换器的四个等效电路图，其中包括两个额外的开关状态。图3中所示的操作原理与图2中所示的原理相似，只是在图2中所述的基础上添加了两个开关状态以防止电荷转移引起的功耗。

如图3所示，新的控制方案将图1所示的功率变换器的控制从两个开关状态（如图2中的两个等效电路所示）扩展到包括两个额外开关状态的四个开关状态（如图3中的四个等效电路所示）。

在该实施例中，在时间段T1内的工作原理与图2相似，这里不再讨论。在T1时间段结束时，如方程（5）、（6）和（7）所示，如果电路直接重新配置为图2中所示的时间段T3，来自第二电流路径（从串联的第一飞跨电容C1B和第二飞跨电容C2B到开关节点SWA）的电压将高于来自第一电流路径（从输入电源Vin和第二飞跨电容C2A到开关节点SWA）开关节点的电压和来自第三电流路径（从第一飞跨电容C1A到开关节点SWA）的电压。

为了消除这种电压不匹配，在时间段T1之后添加了一个额外的电路配置状态。如图3所示，这个额外的电路配置状态被称为时间段T3A。在这个新增的时间段T3A中，第一开关Q1B和第三开关Q3B导通，其余功率开关关断。响应此系统配置，第一飞跨电容C1A与开关节点SWA断开连接，第二飞跨电容C2A与输入电源Vin断开连接。只有第一飞跨电容C1B和第二飞跨电容C2B被串联连接，并进一步连接到开关节点SWA。串联连接的第一飞跨电容C1B和第二飞跨电容C2B的电压被放电。在时间段T3A开始时，串联连接的第一飞跨电容C1B和第二飞跨电容C2B的电压可以表示为：

在时间段T3A结束时，串联连接的第一飞跨电容C1B和第二飞跨电容C2B的电压被放电至一个较低的水平，可以表示为：

方程（9）表明，串联连接的第一飞跨电容C1B和第二飞跨电容C2B的电压被放电至与其他两个电流路径的电压相等的水平。一旦满足这个条件，第二飞跨电容C2A连接到输入电源Vin，第一飞跨电容C1A同时连接到开关节点SWA，以开始时间段T3。

通过新增两个开关状态，能够使时间段T1和时间段T3开始时三个电流路径的电压相等。因此，可以避免在飞跨电容之间发生电荷的突然转移。通过消除飞跨电容之间的电荷转移损失，降压变换器可以实现高功率转换效率。

在更一般的情况下，占空比D1小于50%。考虑到续流时间段，可将上述四个时间段（T1、T3A、T3和T1A）变为六个时间段（即T1、T1A、T1B、T3、T3A和T3B）。应注意，在T1B和T3B这两个时间段中，两个电感器都被放电以为输出滤波电容和连接到输出端的系统负载提供电源。

图4示例性示出了图1所示的功率转换器的六个等效电路图。其中，在图3所示的等效电路图的基础上，图4中具体增加了图1所示的功率转换器在时间段T1B中运行时的等效电路图，以及图1所示的功率转换器在时间段T3B中运行时的等效电路图。

如图4所示，时间段T1B位于时间段T1和时间段T3A之间。时间段T3B位于时间段T3和时间段T1A之间。在时间段T1B和时间段T3B中，两个第一开关Q1A和第一开关Q1B均打开，而所有其他功率开关关断。从输入电源Vin到输出端Vout或从飞跨电容到输出端Vout都没有传输功率。存储在电感LA和电感LB中的能量通过第一开关Q1A和第一开关Q1B分别被放电到输出滤波电容Co和系统负载。

图5示出了图1所示的功率转换器在六个不同的时间段T1、T1B、T3A、T3、T3B和T1A中的信号波形图。图5的水平轴表示时间。如图5所示，曲线VQ24A为开关管Q2A和开关管Q4A的控制信号；曲线VQ24B为开关管Q2B和开关管Q4B的控制信号；曲线VQ3B为开关管Q3B的控制信号；曲线VQ3A为开关管Q3A的控制信号；曲线VQ1B为开关管Q1B的控制信号；曲线VQ1A为开关管Q1A的控制信号；曲线VSWA为开关节点SWA的电压；曲线VSWB为开关节点SWB的电压；曲线I_LB为流经电感LB的电流；曲线I_LA为流经电感LA的电流。

如图5所示，第三开关Q3A和第三开关Q3B的占空比为D。第一开关Q1B和第一开关Q1A的控制信号分别与第三开关Q3A和第三开关Q3B的控制信号互补。增加的时间段T3A和时间段T1A的持续时间为∆D。在∆D期间，底部两个第二开关（第二开关Q2A、第二开关Q2B）和顶部两个第四开关（第四开关Q4A、第四开关Q4B）都关断，以允许具有两个飞跨电容的电流路径首先连接到开关节点SWA或开关节点SWB，以消除上述的电压不匹配。由于具有时间段T3A和时间段T1A，第二开关Q2A、第二开关Q2B、第四开关Q4A和第四开关Q4B的占空比为（D-∆D）。

在一些实施方式中，时间段T1等于时间段T3，时间段T1B等于时间段T3B，时间段T1A等于时间段T3A。假设双相功率转换器达到稳态运行且所有飞跨电容（包括第一飞跨电容C1A、第一飞跨电容C1B、第二飞跨电容C2A和第二飞跨电容C2B）具有相同的电容值，时间段T1A结束或时间段T1开始时，开关节点SWB上的电压可以表示为：

基于公式（10），此时飞跨电容上的电压可以表示为：

基于基尔霍夫电压定律，可以得到以下方程：

在时间段T1内，所有三个电容路径同时并联放电。假设在时间段T1之后，在时间段T1B开始时，开关节点SWB上的电压下降了ΔV2，则可以得到以下公式：

正如前文所述，在时间段T1B内，没有飞跨电容放电。在时间段T3A开始时，包含第一飞跨电容C1B和第二飞跨电容C2B的电容路径具有较高的电压V_SWAT3A。可以得到以下公式：

电压V_SWAT3A高于第一飞跨电容C1A上的电压。因此，包含第一飞跨电容C1B和第二飞跨电容C2B的飞跨电容路径被配置为在时间段T3A放电，直到开关节点SWA上的电压降到与第一飞跨电容C1A上的电压相同的值（即方程（18）中的Vin/3-V₁/2+V₂/2）。接着，时间段T3A结束，时间段T3开始。在时间段T3内，连接到开关节点SWA的所有三个电容路径都被配置为一起向负载放电。因此，在时间段T3开始时，开关节点SWA上的电压与时间段T1结束时第一飞跨电容C1A上的电压相同。此电压V_SWAT3可以表示为

由于电路已经达到稳态运行，在时间段T1和时间段T3开始时，电路的状态应该是对称的。换句话说，V_SWAT3等于V_SWBT1。可以得到以下公式：

基于公式（22），可以得到以下电压关系：

在时间段T3A、时间段T3和时间段T3B开始时，开关节点SWA上的电压可以表示如下：

在时间段T3A和时间段T3内的总电荷变化可以表示为连接到开关节点SWA的飞跨电容的总电容和时间段内的电压降的乘积：

从理论上讲，假设电感电流纹波很小，电荷变化也可以用平均电感电流I_LA和时间段的乘积表示。通过公式（26）和公式（27）的比值可以推导出，在稳态运行中为了消除飞跨电容之间的电荷转移损耗，时间段T3A与时间段T3的比率为1:5。类似地，时间段T3B与时间段T1的持续时间比率也为1:5。

现在，请返回参照图4，在时间段T1内，通过三个飞跨电容路径流过的电流的比率为2：2：1。单电容路径（例如，包括第一飞跨电容C1B的路径和包括第二飞跨电容C2B的路径）的电流可能是双电容路径（例如，包括第一飞跨电容C1A和第二飞跨电容C2A的路径）的两倍。在时间段T3A内，所有电感电流都由第一飞跨电容C1B和第二飞跨电容C2B形成的飞跨电容路径承载。类似地，在时间段T3内，通过三个飞跨电容路径流过的电流的比率为2：2：1，具有两个飞跨电容的路径仅承载总电感电流的五分之一。

综合考虑在整个开关周期内一个飞跨电容（例如第一飞跨电容C1B）上的总电荷平衡，进入第一飞跨电容C1B的总电荷可以表示为：

从第一飞跨电容C1B放电的总电荷可以表示为：

由于在稳态下，一个开关周期内任何飞跨电容输入和输出的总电荷是相同的，而时间段T3等于5*T3A，等于时间段T1，因此可以得到以下公式：

如公式（31）所示，满足电荷平衡的唯一方式是具有以下电流关系：I_LA等于I_LB。这种电流关系意味着通过电感LA和电感LB的平均电感电流是相同的。

类似地，一个开关周期内进入和离开其他飞跨电容的总电荷可以表示为：

其中，为进入第一飞跨电容C1A的总电荷，/>为第一飞跨电容C1A放电的总电荷；/>为进入第二飞跨电容C2B的总电荷，/>为第二飞跨电容C2B放电的总电荷；/>为进入第二飞跨电容C2A的总电荷，/>为第二飞跨电容C2A放电的总电荷。在实际应用中，由于一些原因，电感电流可能出现不平衡。例如，I_LA小于I_LB。然后，根据一个周期内飞跨电容总电荷平衡的上述表达式，第一飞跨电容C1A和第二飞跨电容C2B上的电压将增加，而第一飞跨电容C1B和第二飞跨电容C2A上的电压将减小。因此，在时间段T1A和时间段T1内，开关节点SWB上的电压将减小，导致电感电流I_LB减小。在时间段T3A和时间段T3内，开关节点SWA上的电压将增加，导致电感电流I_LA增加，直到两个电感电流的平均值相等。

类似地，相同的电感电流和电感电流自平衡特性也可以推导出更一般的控制方案，例如图2中显示的控制方案。唯一的区别是在时间段T1和时间段T3开始时发生的电荷转移将导致瞬时能量损失，而能量平衡可以用来替代电荷平衡。这表明平均电感电流需要相同。为简单起见，这里不再赘述。

总之，在图1中显示的具有交叉耦合飞跨电容的双相功率转换器不仅能够在稳态下保证两个输出电感之间的电流均衡，而且只要时间段T1等于时间段T3，时间段T1A等于时间段T3A，就能够自然地允许电感LA和电感LB的电流自平衡。

为了增加输出电流，图1中显示的双相功率转换器可以并联连接。然而，在相关技术中，通常直接将多个图1所示的功率转换器的输出端VOUT并联，该种方式会导致流经各电感的电流会不均衡，从而产生额外损失，进而导致其功率转换效率降低。

基于此，本申请实施例提供了一种能够实现多个电感的自动均流过程的功率转换器，以在提高输出电流的同时防止电流出现额外损失，进而提高功率转换效率。

本申请实施例提供的功率转换器包括L相。L相中每一相包括一个相臂，一个电感、至少一个飞跨电容和一个输出连接点，L为＞2的正整数。其中，在每相中：相臂包括串联连接在输入电源与输出连接点之间的至少N个高侧开关和连接在输出连接点与地之间的低侧开关，电感连接在输出连接点与功率转换器的输出端之间。L相中的第L相的第一飞跨电容连接在第L相的相臂和第一相的输出连接点之间。L相中的第M相的第一飞跨电容连接在第M相的相臂和第M+1相的输出连接点之间。其中，M为＜L的正整数。

请参照图6，图6示例性示出了包括四相（L=4）的功率转换器的第一种电路结构。如图6所示，第一相包括一个相臂、电感LA、第一飞跨电容C1A和第二飞跨电容C2A，其中相臂包括第一开关Q1A、第二开关Q2A、第三开关Q3A与第四开关Q4A。第二相包括一个相臂、电感LB、第一飞跨电容C1B和第二飞跨电容C2B，其中相臂包括第一开关Q1B、第二开关Q2B、第三开关Q3B与第四开关Q4B。第三相包括一个相臂、电感LC、第一飞跨电容C1C和第二飞跨电容C2C，其中相臂包括第一开关Q1C、第二开关Q2C、第三开关Q3C与第四开关Q4C。第四相包括一个相臂、电感LD、第一飞跨电容C1D和第二飞跨电容C2D，其中相臂包括第一开关Q1D、第二开关Q2D、第三开关Q3D与第四开关Q4D。该电路结构可视为两个图1所示的双相功率转换器通过第一飞跨电容C1B和第一飞跨电容C1D的交叉连接进行并联。其中开关节点SWA、开关节点SWB、开关节点SWC、和开关节点SWD分别为第一相、第二相、第三相和第四相的输出连接点，每相中相臂的第二开关、第三开关和第四开关为高侧开关，每相中相臂的第一开关为低侧开关。

该实施例所示出的电路结构可视为包括双相功率转换器2110与双相功率转换器2120。除了第一飞跨电容C1B和第一飞跨电容C1D的连接方式，双相功率转换器2110及双相功率转换器2120的具体结构与图1中所示的双相功率转换器相同。双相功率转换器2110中的第一飞跨电容C1B连接到双相功率转换器2120的开关节点SWC；双相功率转换器2120中的第一飞跨电容C1D连接到双相功率转换器2110的开关节点SWA。

请参照图7，图7示例性示出了通过一个开关周期的四个时间段控制图6所示的电路结构时，图6所示的电路结构在各时间段内的等效电路图。如图7所示，图6所示的电路结构在各时间段内的等效电路图包括：在一个开关周期的第一个时间段T1内的等效电路图，时间段T1从时刻t0到时刻t1（T1=[t0，t1]）；在一个开关周期的第二个时间段T1B内的等效电路图，时间段T1B从时刻t1到时刻t2（T1B=[t1，t2]）。其中，时刻t2为Ts1/2结束的时刻，Ts1是开关周期；在一个开关周期的第三个时间段T3内的等效电路图，时间段T3从时刻t2到时刻t3（T3=[t2，t3]）；在一个开关周期的第四个时间段T3B内的等效电路图，时间段T3B从时刻t3到时刻t4（T4=[t3，t4]）。其中，t4为Ts1结束的时刻。为了保持图6中所示的电路结构正常运行，必须满足T1=T3和T1B=T3B。

在时间段T1内，第一开关Q1A、第一开关Q1C、第二开关Q2B、第二开关Q2D、第三开关Q3A、第三开关Q3C、第四开关Q4B和第四开关Q4D导通，其余开关关断。电能从输入电源Vin传递到输出滤波电容Co。对于双相功率转换器2110，输入功率通过第四开关Q4B、第二飞跨电容C2B和电感LB传递到输出滤波电容Co。第二飞跨电容C2B和电感LB都被充电。第二飞跨电容C2A中存储的能量通过第三开关Q3A、第一飞跨电容C1A和电感LB释放到输出滤波电容Co。第一飞跨电容C1A被充电。第一飞跨电容C1B中存储的能量通过第二开关Q2B、电感LB和双相功率转换器2120种的第一开关Q1C释放到输出滤波电容Co。对于双相功率转换器2120，输入功率通过第四开关Q4D、第二飞跨电容C2D和电感LD传递到输出滤波电容Co。第二飞跨电容C2D和电感LD都被充电。第二飞跨电容C2C中存储的能量通过第三开关Q3C、第一飞跨电容C1C和电感LD释放到输出滤波电容Co。第一飞跨电容C1C被充电。第一飞跨电容C1D中存储的能量通过第一开关Q1A、电感LD和双相功率转换器2110中的第二开关Q2D释放到输出滤波电容Co。电感LA和电感LC中存储的能量分别通过第一开关Q1A和第一开关Q1C释放到输出滤波电容Co。连接到输出端Vout的系统负载从输出滤波电容Co中提取能量。

在时间段T1B内，第一开关Q1A、第一开关Q1B、第一开关Q1C和第一开关Q1D导通，其余开关关断。既不从输入电源Vin获取能量，也不从飞跨电容获取能量传递到输出。存储在电感LA、电感LB、电感LC和电感LD中的能量通过第一开关Q1A、第一开关Q1B、第一开关Q1C和第一开关Q1D释放到输出滤波电容Co。所有飞跨电容（包括第一飞跨电容C1A、第一飞跨电容C1B、第一飞跨电容C1C、第一飞跨电容C1D、第二飞跨电容C2A、第二飞跨电容C2B、第二飞跨电容C2C、第二飞跨电容C2D）中存储的能量保持不变。连接到输出端Vout的系统负载从输出滤波电容Co中提取功率。

在时间段T3内，第一开关Q1A、第一开关Q1C、第二开关Q2B、第二开关Q2D、第三开关Q3A、第三开关Q3C、第四开关Q4B和第四开关Q4D关断，其余开关导通。能量从输入传递到输出滤波电容Co。对于双相功率转换器2110，能量通过第四开关Q4A、第二飞跨电容C2A和电感LA传递到输出滤波电容Co。第二飞跨电容C2A和电感LA都被充电。第二飞跨电容C2B中存储的能量通过第三开关Q3B、第一开关Q1B、第一飞跨电容C1B和电感LC释放到输出滤波电容Co。第一飞跨电容C1B被充电。第一飞跨电容C1A中存储的能量通过第二开关Q2A、第一开关Q1B和电感LA释放到输出滤波电容Co。对于双相功率转换器2120，能量通过第四开关Q4C、第二飞跨电容C2C和电感LC传递到输出滤波电容Co。第二飞跨电容C2C和电感LC都被充电。第二飞跨电容C2D中存储的能量通过第三开关Q3D、第一开关Q1D、第一飞跨电容C1D和电感LA释放到双相功率转换器2110的输出滤波电容Co。第一飞跨电容C1D被充电。第一飞跨电容C1C中存储的能量通过第二开关Q2C、第一开关Q1D和电感LC释放到输出滤波电容Co。电感LB和电感LD中存储的能量分别通过第一开关Q1B和第一开关Q1D释放到输出滤波电容Co。连接到输出端Vout的系统负载从输出滤波电容Co中提取功率。

在时间段T3B内，第一开关Q1B、第一开关Q1A、第一开关Q1C和第一开关Q1D导通，其余开关关断。既不从输入电源Vin获取能量，也不从飞跨电容获取能量。存储在电感LB、电感LA、电感LD和电感LC中的能量通过第一开关Q1B、第一开关Q1A、第一开关Q1C和第一开关Q1D释放到输出滤波电容Co，所有飞跨电容中存储的能量保持不变。在时间段T3B结束时，开关周期重复。上述四个时间段的模式如图7所示。在稳态运行期间，开关节点SWA、开关节点SWB、开关节点SWC和开关节点SWD上的电压在低侧开关将开关节点短接到地时为0V，或者在低侧开关关断时为Vin/3。

请参照图8，图8示例性示出了通过一个开关周期的六个时间段控制图6所示的电路结构时，图6所示的电路结构在各时间段内的等效电路图。如图8所示，一个开关周期内包括六个时间段，分别为时间段T1、时间段T1B、T3A、时间段T3、时间段T3B与时间段T1A。与图1中显示的单个双相功率转换器类似，当两个双相功率转换器有效地并联成具有交叉耦合飞跨电容的四相功率转换器（如图8所示）时，图8中显示的四相功率转换器也可以被控制为在每个开关周期内按照六个时间段运行，以最小化多个飞跨电容路径之间的电压差异并避免浪涌电流，从而减小相关功率损耗。

图8示出了四相功率转换器在每个时间段时间段内的等效电路图。其工作原理类似于图4所示的工作原理，并且图8中的各信号与图5类似，具体可参照针对图4与图5的描述，这里不再赘述。

需要注意的是，在每次将多个飞跨电容路径连接在一起之前，使用额外的状态和时间段的控制方案（例如，图8中的时间段T1A）操作功率转换器，以最小化多个飞跨电容路径之间的电压差异并避免浪涌电流，适用于本申请的所有实施例。例如，对于所有被描述为在每个开关周期内以四个时间段运行的实施例，也可以配置为以每个开关周期运行六个时间段。对于所有被描述为在每个开关周期内以六个时间段运行的实施例，也可以配置为以每个开关周期运行九个时间段。通常，对于所有被描述为以2×P个时间段运行的实施例，也可以配置为以3×P个时间段运行，以实现最小化多个飞跨电容路径之间的电压差异和避免浪涌电流的控制方案。P是大于1的整数。

根据先前的分析，在稳态下，一个开关周期内任何飞跨电容输入和输出的总电荷是相同的。T3等于5×T3A。T1等于5×T1A。T3等于T1。可以得到以下公式：

满足电荷平衡的唯一方式是具有以下电流关系：I_LA等于I_LB，I_LB等于I_LC，I_LC等于I_LD。其中，I_LC为流经电感LC的电流；I_LC为流经电感LD的电流。换句话说，流过电感LA、电感LB、电感LC和电感LD的平均电流是相同的。类似地，对于图6所示的更一般的控制方案，也可以得出电感电流自平衡的结论。

相比之下，传统的并联多个双相功率转换器的方法（例如，仅在功率输入和输出处连接）不提供任何电感电流的自平衡。传统的方法可能出现由于在不同功率转换器的电感之间分配电流不均匀而引起的额外损失。而在本申请的实施例中，通过交叉耦合飞跨电容串联实现双相功率转换器（例如如图6所示的电路结构），能够保证在稳态下所有输出电感之间的等流分布。此外，针对于图7所示的方案而言，只要T1=T3和T1B=T3B，从本质上就允许电感LA、电感LB、电感LC和电感LD的电流能够自平衡。

请参照图9，图9示出了包括图1所示的功率转换器的模块的示意图。如图9所示，该模块具有四个节点，即第一节点N1、第二节点N2、第三节点N3和第四节点N4。该模块包括两个相。每个相包括一个相臂和两个飞跨电容。第一相的相臂包括第一开关Q1A、第二开关Q2A、第三开关Q3A和第四开关Q4A，它们连接在地和输入电源Vin之间。输入电源Vin连接到第三节点N3。第二相的相臂包括第一开关Q1B、第二开关Q2B、第三开关Q3B和第四开关Q4B，它们连接在地和输入电源Vin之间。第一相包括第一飞跨电容C1A和第二飞跨电容C2A。第二相包括第一飞跨电容C1B和第二飞跨电容C2B。其中，每相中相臂的第二开关和第一开关的公共连接点为该相的输出连接点，每相中相臂的第二开关、第三开关和第四开关为高侧开关，每相中相臂的第一开关为低侧开关。

如图9所示，第一飞跨电容C1A连接在第二开关Q2A和第三开关Q3A的连接节点以及第一开关Q1B和第二开关Q2B的连接节点（亦即第二相的输出连接点）之间。第二飞跨电容C2A连接在第四开关Q4A和第三开关Q3A的连接节点以及第一开关Q1A和第二开关Q2A的连接节点（亦即第一相的输出连接点）之间。第一节点N1连接到第一开关Q1A和第二开关Q2A的连接节点（亦即第一相的输出连接点）。第一飞跨电容C1B连接在第三开关Q3B和第二开关Q2B的连接节点以及第二节点N2之间。第二飞跨电容C2B连接在第四开关Q4B和第三开关Q3B的连接节点以及第一开关Q1B和第二开关Q2B的连接节点（亦即第二相的输出连接点）之间。

图9所示的模块还包括电感LA和电感LB。电感LA连接在第一开关Q1A和第二开关Q2A的连接节点（亦即第一相的输出连接点）和第四节点N4之间。电感LB连接在第一开关Q1B和第二开关Q2B的连接节点（亦即第一相的输出连接点）和第四节点N4之间。图9所示的模块的输出端为第四节点N4。

请参照图10，图10示例性示出了具有J个如图9所示的模块的结构的示意图，J为大于等于2的整数。图10所示的J个第一模块包括第一个第一模块mod11、第二个第一模块mod12、…、第J个第一模块mod1J，J个第一模块的结构都类似于图9所示的结构。每个第一模块包括两个相。相的总数为L。L等于2×J。L是一个偶数。如图10所示，J个第一模块的第三节点N3均连接到输入电源Vin。J个第一模块的第四节点N4连接在一起，作为输出端。第一个第一模块mod11的第二节点N2连接至第二个第一模块mod12的第一节点N1；第二个第一模块mod12的第二节点N2连接至第三个第一模块mod13的第一节点N1；…；第J-1个第一模块mod1J-1的第二节点N2连接至第J个第一模块mod1J的第一节点N1。第J个第一模块mod1J的第二节点N2连接至第一个第一模块mod11的第一节点N1。

在实际应用中，通过耦接的飞跨电容可以实现电感电流的自动平衡。在这种配置下，功率转换器可以以占空比D在0%到50%的范围内运行。相应地，输入电源Vin的电压与输出端Vout的电压比为3:D。

图10所示的功率转换器可以被配置以四个时间段为一个周期运行，并被配置为以占空比D在0%到50%的范围内运行。由于有了这个占空比，功率转换器的输出端Vout的电压在0V到输入电源Vin的电压的六分之一的范围内调节。下面将描述功率转换器在图11-14中的四个不同时间段内的工作原理。在图11-14中，组件上的箭头表示相应的开关已关断。

请参照图11，图11示例性示出了图10所示的结构在第一个时间段内各开关的状态。具体地，在第一个时间段内，奇数相臂的第一开关和第三开关，以及偶数相臂的第二开关和第四开关被配置为导通。奇数相臂的第二开关和第四开关，以及偶数相臂的第一开关和第三开关被配置为关断。在第一个时间段内，奇数相臂的电感被放电，偶数相臂的电感被充电。其中，在该实施例中，从最左侧的相臂开始，依次交替切换奇数相臂与偶数相臂。例如，包括第一开关Q1A、第二开关Q2A、第三开关Q3A与第四开关Q4A的相臂为奇数相臂，包括第一开关Q1B、第二开关Q2B、第三开关Q3B与第四开关Q4B的相臂为偶数相臂。则在第一时间段内，第一开关Q1A、第三开关Q3A、第二开关Q2B与第四开关Q4B导通，电感LA被放电，同时第二开关Q2A、第四开关Q4A、第一开关Q1B与第三开关Q3B关断，电感LB被充电。

请参照图12，图12示例性示出了图10所示的结构在第二个时间段内各开关的状态。具体地，在第二个时间段内，每一个相臂的第一开关被配置为导通。每一个相臂的第四开关、第三开关和第二开关被配置为关断。即奇数相臂的第一开关以及偶数相臂的第一开关被配置为导通。奇数相臂的第二开关、第三开关和第四开关，以及偶数相臂的第二开关、第三开关和第四开关被配置为关断。在第二个时间段内，每一个电感被放电。例如，在第二个时间段内，第一开关Q1A与第一开关Q1B导通，同时第二开关Q2A、第三开关Q3A、第四开关Q4A、第二开关Q2B、第三开关Q3B与第四开关Q4B关断，电感LA和电感LB被放电。

请参照图13，图13示例性示出了图10所示的结构在第三个时间段内各开关的状态。具体地，在第三个时间段内，奇数相臂的第一开关和第三开关，以及偶数相臂的第二开关和第四开关被配置为关断。奇数相臂的第二开关和第四开关，以及偶数相臂的第一开关和第三开关被配置为导通。在第三个时间段时间段内，奇数相臂的电感被充电，偶数相臂的电感被放电。例如，在第三个时间段内，第一开关Q1A、第三开关Q3A、第二开关Q2B与第四开关Q4B关断，电感LA被充电，同时第二开关Q2A、第四开关Q4A、第一开关Q1B与第三开关Q3B导通，电感LB被放电。

请参照图14，图14示例性示出了图10所示的结构在第四个时间段内各开关的状态。具体地，在第四个时间段内，每一个相臂的第一个开关被配置为导通。每一个相臂的第四开关、第三开关和第二开关被配置为关断。在第四个时间段内，每一个电感被放电。例如，在第四时间段内，第一开关Q1A与第一开关Q1B导通，同时第二开关Q2A、第三开关Q3A、第四开关Q4A、第二开关Q2B、第三开关Q3B与第四开关Q4B关断，电感LA和电感LB被放电。

请参照图15，图15示出了包括另一种功率转换器的模块的示意图。如图15所示，该模块具有六个节点，即第一节点N1、第二节点N2、第三节点N3、第四节点N4、第五节点N5与第六节点N6。该模块包括两个相。每个相包括一个相臂和三个飞跨电容。第一个相的相臂包括串联连接在地和输入电源Vin之间的第一开关Q1A、第二开关Q2A、第三开关Q3A、第四开关Q4A和第五开关Q5A。输入电源Vin连接到第三节点N3。第二个相的相臂包括串联连接在地和输入电源Vin之间的第一开关Q1B、第二开关Q2B、第三开关Q3B、第四开关Q4B和第五开关Q5B。其中，第一个相还包括第一飞跨电容C1A、第二飞跨电容CO1A和第三飞跨电容CO2A。第二个相还包括第一飞跨电容C1B、第二飞跨电容CO1B和第三飞跨电容CO2B。其中，每相中相臂的第二开关和第一开关的公共连接点为该相的输出连接点，每相中相臂的第二开关、第三开关、第四开关和第五开关为高侧开关，每相中相臂的第一开关为低侧开关。

如图15所示，第一飞跨电容C1A连接在第二开关Q2A和第三开关Q3A的连接节点以及第一开关Q1B和第二开关Q2B的连接节点（亦即第二相的输出连接点）之间。第二飞跨电容CO1A连接在第三开关Q3A和第四开关Q4A的连接节点以及第一开关Q1A和第二开关Q2A的连接节点（亦即第一相的输出连接点）之间。第一节点N1连接到第一开关Q1A和第二开关Q2A的连接节点上（亦即第二相的输出连接点）。第三飞跨电容CO2A连接在第四开关Q4A和第五开关Q5A的连接节点以及第五节点N5之间。

第一飞跨电容C1B连接在第二开关Q2B和第三开关Q3B的连接节点以及第二节点N2之间。第二飞跨电容CO1B连接在第三开关Q3B和第四开关Q4B的连接节点以及第一开关Q1B和第二开关Q2B的连接节点（亦即第一相的输出连接点）之间。第六节点N6连接到第一开关Q1B和第二开关Q2B的连接节点（亦即第二相的输出连接点）上。第三飞跨电容CO2B连接在第四开关Q4B和第五开关Q5B的连接节点以及第一开关Q1A和第二开关Q2A的连接节点（亦即第一相的输出连接点）之间。

该模块还包括电感LA和电感LB。其中，电感LA连接在第一开关Q1A和第二开关Q2A的连接节点（亦即第一相的输出连接点）以及该模块的输出端之间。电感LB连接在第一开关Q1B和第二开关Q2B的连接节点（亦即第二相的输出连接点）以及该模块的的输出端之间。该模块的输出端是第四节点N4。

请参照图16，图16示例性示出了具有U个如图15所示的模块的结构的示意图，U为大于等于1的整数。图16所示的U个第二模块包括第一个第二模块mod21、第二个第二模块mod22、…、第U个第二模块mod2U，U个第二模块的结构都类似于图15所示的结构。每个第二模块包括两个相。相总数为L，等于2×U。L是一个偶数。如图16所示，U个模块的第三节点N3连接到输入电源Vin。U个模块的第四节点N4连接在一起，作为该模块的输出端Vout。第一个第二模块mod21的第六节点N6连接至第二个第二模块mod22的第五节点N5；第二个第二模块mod22的第六节点N6连接至第三个第二模块mod23的第五节点N5；…；第U-1个第二模块mod2U-1的第六节点N6连接至第U个第二模块mod2U的第五节点N5。第U个第二模块mod2U的第六节点N6连接至第一个第二模块Mod21的第五节点N5。第一个第二模块mod21的的第二节点N2连接至第二个第二模块mod22的第一节点N1；第二个第二模块mod22的第二节点N2连接至第三个第二模块mod23的第一节点N1；…；第U-1个第二模块mod2U-1的第二节点N2连接至第U个第二模块mod2U的第一节点N1。第U个第二模块mod2U的第二节点N2连接至第一个第二模块mod21的第一节点N1。

在该实施例中，该模块包括L个相臂，3×L个飞跨电容和L个电感。每个相臂包括串联连接在地和输入电源Vin之间的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关。第M相臂的第一个飞跨电容连接在第M相臂的第二开关和第三开关的连接节点以及第M+1相臂的第一开关和第二开关的连接节点之间。第L相臂的第一飞跨电容连接在第L相臂的第二开关和第三开关的连接节点以及第一相臂的第一开关和第二开关的连接节点之间。在每相中，第二飞跨电容连接在第四开关和第三开关的连接节点以及第一开关和第二开关的连接节点之间。第V相臂的第三飞跨电容连接在第V相臂的第四开关和第五开关的连接节点以及第V-1相臂的第一开关和第二开关的连接节点之间。第一相臂的第三飞跨电容连接到第一相臂的第四开关和第五开关的连接节点以及第L相臂的第一开关和第二开关的连接节点之间。其中，M与V均为整数，且L＞M，V＞1。

该模块还包括L个电感。每个电感分别连接在对应相臂的第一开关和第二开关的连接节点以及该模块的输出端之间。

在实际应用中，L相臂的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关，L相的第一飞跨电容、第二飞跨电容和第三飞跨电容以及L电感形成功率转换器，该功率转换器的输入电压与输出端的电压的比率等于4/D。D是功率转换器的占空比。

图16所示的功率转换器可以被配置为在四个不同的时间段内运行，并被配置为以占空比D在0%到50%的范围内运行。由于具有占空比，功率转换器的输出端的电压在0V到输入电源Vin的电压的八分之一的范围内调节。下面将描述功率转换器在四个不同时间段内的工作原理，具体请参照图17-图20。在图17-图20中，组件上的箭头表示相应的开关已关断。

请参照图17，图17示例性示出了图16所示的结构在第一个时间段内各开关的状态。具体地，在第一个时间段内，奇数相臂的第一开关、第三开关和第五开关，以及偶数相臂的第二开关和第四开关被配置为导通，而奇数相的第二开关和第四开关，以及偶数相臂的第一开关、第三开关和第五个开关被配置为关断。奇数相臂的电感被放电，偶数相臂的电感被充电。其中，在该实施例中，从最左侧的相臂开始，依次交替切换奇数相臂与偶数相臂。例如，包括第一开关Q1A、第二开关Q2A、第三开关Q3A、第四开关Q4A与第五开关Q5A的相臂为奇数相臂，包括第一开关Q1B、第二开关Q2B、第三开关Q3B、第四开关Q4B与第五开关Q5B的相臂为偶数相臂。则在第一时间段内，第一开关Q1A、第三开关Q3A、第五开关Q5A、第二开关Q2B与第四开关Q4B导通，电感LA被放电，同时第二开关Q2A、第四开关Q4A、第一开关Q1B、第三开关Q3B与第五开关Q5B关断，电感LB被充电。

请参照图18，图18示例性示出了图16所示的结构在第二个时间段内各开关的状态。具体地，在第二个时间段内，每一个相臂的第一个开关被配置为导通。每一个相臂的第五开关、第四开关、第三开关和第二开关被配置为关断。在第二个时间段内，每一个电感被放电。例如，在第二个时间段内，第一开关Q1A与第一开关Q1B导通，同时第二开关Q2A、第三开关Q3A、第四开关Q4A、第五开关Q5A、第二开关Q2B、第三开关Q3B、第四开关Q4B与第五开关Q5B关断，电感LA和电感LB被放电。

请参照图19，图19示例性示出了图16所示的结构在第三个时间段内各开关的状态。具体地，在第三个时间段内，奇数相臂的第一开关、第三开关和第五开关，以及偶数相臂的第二开关和第四开关被配置为关断。奇数相臂的第二开关和第四开关，以及偶数相臂的第一开关、第三开关和第五开关被配置为导通。在第三个时间段内，奇数相臂的电感被充电，偶数相臂的电感被放电。例如，在第三时间段内，第一开关Q1A、第三开关Q3A、第五开关Q5A、第二开关Q2B与第四开关Q4B关断，电感LA被充电，同时第二开关Q2A、第四开关Q4A、第一开关Q1B、第三开关Q3B与第五开关Q5B导通，电感LB被放电。

请参照图20，图20示例性示出了图16所示的结构在第四个时间段内各开关的状态。具体地，在第四个时间段内，每一个相臂的第一个开关被配置为导通，每一个相臂的第五开关、第四开关、第三开关和第二开关被配置为关断。在第四个时间段中，每一个相臂的电感被放电。例如，在第四时间段内，第一开关Q1A与第一开关Q1B导通，同时第二开关Q2A、第三开关Q3A、第四开关Q4A、第五开关Q5A、第二开关Q2B、第三开关Q3B、第四开关Q4B与第五开关Q5B关断，电感LA和电感LB被放电。

类似地，双相2:D功率转换器可以并联成具有偶数相的多相变换器。每个相的飞跨电容与下一个相的开关节点进行交叉连接。并且，由于飞跨电容的交叉耦合，电感电流在所有输出电感之间可以实现自然平衡。

请参照图21，图21为本申请实施例提供的一种具有偶数相的2:D功率转换器的示意图。如图21所示，该功率转换器包括L个相（包括第一相Ph1、第二相Ph2，…，第L相PhL）。每个相的第一个飞跨电容通过交叉耦合连接在相应相臂和下一个相臂之间。具体地，第M相的第一个飞跨电容连接在第M相臂和第M+1相臂中的输出连接点之间。第L相的第一个飞跨电容连接在第L相臂和第一相臂中的输出连接点之间。

该功率转换器还包括L个电感。每个电感连接在对应相的输出连接点与该功率转换器的输出端VOUT之间。

在实际应用中，配置L个相臂的开关，使得功率转换器的输入电压与输出端Vout的电压的比率等于N/D。其中，L、M、N是正整数，L＞M，L＞2。D是混合多相降压功率转换器的占空比。

在一些实施方式中，当N=2时，L个相臂中的每个相臂都包括一个第三开关、一个第二开关和一个第一开关，它们连接在输入电源VIN和地之间。每个相臂的第一飞跨电容通过交叉耦合连接在相应相臂的第三开关和第二开关的连接点与和下一个相臂的第二开关和第一开关的连接点之间。

第M相的第一飞跨电容连接在第M相臂的第三开关和第二开关的连接节点，以及第M+1相臂的第二开关和第一开关的连接节点之间。第L相的第一飞跨电容连接在第L相臂的第三开关和第二开关的连接节点，以及第一相臂的第二开关和第一开关的连接节点之间。

L个电感中的第一个电感连接在第一相臂的第二开关和第一开关的连接节点以及该功率转换器的输出端之间。第M个电感连接在第M相臂的第二开关和第一开关的连接节点以及该功率转换器的输出端之间。第L个电感连接在第L相臂的第二开关和第一开关的连接节点以及该功率转换器的输出端之间。

请参照图22，图22示例性示出了一种与图21所示的四相2:D功率转换器对应的电路结构示意图。如图22所示，该功率转换器的每个相包括一个相臂和一个飞跨电容。飞跨电容上的平均电压等于输入电压Vin的一半。

第一相臂包括第三开关Q3A、第二开关Q2A和第一开关Q1A，它们串联连接在输入电源Vin和地之间。第二开关Q2A和第一开关Q1A的连接节点是第一相臂的输出连接点（亦即第一相的输出连接点）。

第二相臂包括第三开关Q3B、第二开关Q2B和第一开关Q1B，它们串联连接在输入电源Vin和地之间。第二开关Q2B和第一开关Q1B的连接节点是第二相臂的输出连接点（亦即第二相的输出连接点）。

第三相臂包括第三开关Q3C、第二开关Q2C和第一开关Q1C，它们串联连接在输入电源Vin和地之间。第二开关Q2C和第一开关Q1C的连接节点是第三相臂的输出连接点（亦即第三相的输出连接点）。

第四相臂包括第三开关Q3D、第二开关Q2D和第一开关Q1D，它们串联连接在输入电源Vin和地之间。第二开关Q2D和第一开关Q1D的连接节点是第四相臂的输出连接点（亦即第四相的输出连接点）。

第一相的第一飞跨电容CA连接在第一相臂的第三开关Q3A和第二开关Q2A的连接节点以及第二相的输出连接点之间。

第二相的第一飞跨电容CB连接在第二相臂的第三开关Q3B和第二开关Q2B的连接节点以及第三相的输出连接点之间。

第三相的第一飞跨电容CC连接在第三相臂的第三开关Q3C和第二开关Q2C的连接节点之间以及第四相的输出连接点之间。

第四相的第一飞跨电容CD连接在第四相臂的第三开关Q3D和第二开关Q2D的连接节点之间以及第一相的输出连接点之间。

第一电感LA连接在第一相的输出连接点和输出端Vout之间。第二电感LB连接在第二相的输出连接点和输出端Vout之间。第三电感LC连接在第三相的输出连接点和输出端Vout之间。第四电感LD连接在第四相的输出连接点和输出端Vout之间。其中，每相中相臂的第二开关和第三开关为高侧开关，每相中相臂的第一开关为低侧开关。

图22所示的功率转换器能够被配置为以四个时间段为一个周期运行。四个时间段的操作原理将在图23-图26中进行描述。在图23-图26中，组件上的箭头表示相应的开关已关断。

图23示出了图22所示的功率转换器在第一个时间段内运行的工作原理。如图23所示，在四个时间段的第一个时间段内，奇数相臂的第一开关、第三开关和偶数相臂的第二开关被配置为导通。奇数相臂的第二开关，以及偶数相臂的第一开关和第三开关被配置为关断。在第一个时间段内，与奇数相臂连接的电感被放电，与偶数相臂连接的电感被充电。即第一开关Q1A、第三开关Q3A、第二开关Q2B、第一开关Q1C、第三开关Q3C、第二开关Q2D导通，第二开关Q2A、第一开关Q1B、第三开关Q3B、第二开关Q2C、第一开关Q1D、第三开关Q3D关断，电感LA、电感LC被放电，电感LB、电感LD被充电。

图24示出了图22所示的功率转换器在第二个时间段内运行的工作原理。如图24所示，在四个时间段的第二时间段内，每个相臂的第一开关被配置为导通。每个相臂的第三开关和第二开关被配置为关断。在第二个时间段内，每个电感被放电。即第一开关Q1A、第一开关Q1B、第一开关Q1C、第一开关Q1D导通，其他开关都关断，电感LA、电感LB、电感LC和电感LD被放电。

图25示出了图22所示的功率转换器在第三个时间段内运行的工作原理。如图25所示，在四个时间段的第三个时间段内，奇数相臂的第一开关、第三开关和偶数相臂的第二开关被配置为关断。奇数相臂的第二开关，以及偶数相臂的第一开关和第三开关被配置为导通。在第三个时间段内，与奇数相臂连接的电感被充电，与偶数相臂连接的电感被放电。即第一开关Q1A、第三开关Q3A、第二开关Q2B、第一开关Q1C、第三开关Q3C、第二开关Q2D关断，第二开关Q2A、第一开关Q1B、第三开关Q3B、第二开关Q2C、第一开关Q1D、第三开关Q3D导通，电感LA、电感LC被充电，电感LB、电感LD被放电。

图26示出了图22所示的功率转换器在第四个时间段内运行的工作原理。如图26所示，在四个时间段的第四个时间段内，每个相臂的第一开关被配置为导通。每个相臂的第三开关和第二开关被配置为关断。在第四个时间段内，每个电感被放电。即第一开关Q1A、第一开关Q1B、第一开关Q1C、第一开关Q1D导通，其他开关都关断，电感LA、电感LB、电感LC和电感LD被放电。

在更一般的情况下，交叉耦合电容技术不仅限于具有偶数相臂的混合转换器。例如，三相2：D功率转换器也可以利用交叉耦合电容技术实现自动电流平衡。如图27所示，每个相的飞跨电容连接到下一个相的输出连接点。最后一个相臂（例如，第三相臂）的飞跨电容连接到第一相的输出连接点。

在正常运行期间，图27所示的结构可根据图28-图31所示的操作原理。在该种情况下，只要第一个时间段、第三个时间段和第五时间段的导通时间相同，就可以保证固有电流平衡。

上述实施例中介绍了L为偶数时的具体实现过程，以下将说明L为奇数时的具体实现过程。连接方式保持不变，这里不再赘述。

在实际应用中，每个相臂的第二开关和第三开关被配置为以相同的占空比D工作。每个相臂的第三开关顺序错相360/L度导通，即每个相臂的第三开关按照相差等于360/L度的顺序依次导通。

第M相臂的第三开关与第M+1相臂的第二开关同时导通和关断。第L个相臂的第三开关与第一相臂的第二开关同时导通和关断。每个相臂的第一开关和第二开关互补导通和关断。

L个相臂的第一开关、第二开关和第三开关、L个相的第一飞跨电容以及L个电感形成一个功率转换器，其输入电源Vin的电压与输出端Vout的电压的比率等于2/D。该功率转换器被配置为以在0到（1/L）的范围内的占空比D工作。由于具有占空比，该功率转换器的输出端Vout的电压在0V到输入电源Vin的电压的（1/(2L)）的范围内调节。

请参照图27，图27示例性示出了一种与图21所示的四相2:D功率转换器的对应的且L为奇数的电路结构示意图。如图27所示，每个相包括一个相臂和一个飞跨电容。第一相臂包括连接在输入电源Vin和地之间的第三开关Q3A、第二开关Q2A和第一开关Q1A。第二开关Q2A和第一开关Q1A的连接节点SWA是第一相的输出连接点。

第二相臂包括连接在输入电源Vin和地之间的第三开关Q3B、第二开关Q2B和第一开关Q1B。第二开关Q2B和第一开关Q1B的连接节点SWB是第二相的输出连接点。

第三相臂包括连接在输入电源Vin和地之间的第三开关Q3C、第二开关Q2C和第一开关Q1C。第二开关Q2C和第一开关Q1C的连接节点SWC是第三相的输出连接点。

第一相的第一飞跨电容CA连接在第一相臂的第三开关Q3A和第二开关Q2A的连接节点与第二相的输出连接点之间。

第二相的第一飞跨电容CB连接在第二相臂的第三开关Q3B和第二开关Q2B的连接节点和第三相的输出连接点之间。

第三相的第一飞跨电容CC连接在第三相臂的第三开关Q3C和第二开关Q2C的连接节点和第一相的输出连接点之间。

电感LA连接在第一相的输出连接点和输出端Vout之间。电感LB连接在第二相的输出连接点和输出端Vout之间。电感LC连接在第三相的输出连接点和输出端Vout之间。其中，每相中相臂的第二开关和第三开关为高侧开关，每相中相臂的第一开关为低侧开关。

图27所示的功率转换器能够被配置为以六个时间段为一个周期运行。将在图28-图30中进一步说明其中三个时间段的操作原理。在图28-图30中，组件上的箭头表示相应的开关已关断。

图28示出了图27所示的功率转换器在第一个时间段内运行的工作原理。如图28所示，在六个时间段的第一个时间段内，第一相臂的第三开关Q3A与第二相臂的第二开关Q2B同时导通。第二相臂的第三开关Q3B与第三相臂的第二开关Q2C同时关断。第三相臂的第三开关Q3C与第一相臂的第二开关Q2A同时关断。第一相臂的第一开关Q1A导通。第二相臂的第一开关Q1B关断。第三相臂的第一开关Q1C导通。每个相臂的第一开关的操作与同一相臂的第二开关的操作是互补的。

图29示出了图27所示的功率转换器在第三个时间段内的工作原理。如图29所示，在六个时间段中的第三个时间段内，第一相臂的第三开关Q3A与第二相臂的第二开关Q2B同时关断。第二相臂的第三开关Q3B与第三相臂的第二开关Q2C同时导通。第三相臂的第三开关Q3C与第一相臂的第二开关Q2A同时关断。第一相臂的第一开关Q1A导通。第二相臂的第一开关Q1B导通。第三相臂的第一开关Q1C关断。每个相臂的第一开关的操作与同一相臂的第二开关的操作是互补的。

图30示出了图27所示的功率转换器在第三个时间段内的工作原理。如图30所示，在六个时间段中的第五个时间段内，第一相臂的第三开关Q3A与第二相臂的第二开关Q2B同时关断。第二相臂的第三开关Q3B与第三相臂的第二开关Q2C同时关断。第三相臂的第三开关Q3C与第一相臂的第二开关Q2A同时导通。第一相臂的第一开关Q1A关断。第二相臂的第一开关Q1B导通。第三相臂的第一开关Q1C导通。每个相臂的第一开关的操作与同一相臂的第二开关的操作是互补的。

图31示出了图27所示的功率转换器在第二个时间段、第四个时间段和第六个时间段内的工作原理。在六个时间段中的第二个时间段、第四个时间段和第六个时间段内，每个相臂的第一开关导通，其余的开关关断

图32示例性示出了图27所示的功率转换器在工作时的各种波形。图32的横轴表示时间。其中，时间段T1、时间段T2、时间段T3、时间段T4、时间段T5和时间段T6分别代表第一时间段、第二时间段、第三时间段、第四时间段、第五时间段和第六时间段。如图32所示，曲线B表示第一相臂的第三开关Q3A和第二相臂的第二开关Q2B的栅极驱动信号；曲线C表示第二相臂的第三开关Q3B和第三相臂的第二开关Q2C的栅极驱动信号；曲线A表示第三相臂的第三开关Q3C和第一相臂的第二开关Q2A的栅极驱动信号；曲线A_表示第一相臂的第一开关Q1A的栅极驱动信号；曲线B_表示第二相臂的第一开关Q1B的栅极驱动信号；曲线C_表示第三相臂的第一开关Q1C的栅极驱动信号。

如图32所示，每个相臂的第二开关（例如，第二开关Q2A）和第三开关（例如，第三开关Q3A）的栅极驱动信号被配置为具有相同的占空比D。每个相臂（例如，第一相臂）的第三开关（例如，第三开关Q3A）的栅极驱动信号按相移为360/L度的顺序导通，即各第三开关顺序错相360/L度导通。同时，这里因为是三相，L=3，每相间的相移为120度。

请参照图33，图33示例性示出了一种多相3:D功率转换器的结构示意图。多相3:D功率转换器包括L相。每个相包括一个相臂。换句话说，多相3:D功率转换器包括L个相臂。每个相臂包括多个串联在输入电源Vin和地之间的多个开关。每个相可能包括多个飞跨电容。

第M相的第一飞跨电容连接在第M相臂的第二开关和第三开关的连接节点与第M+1相的输出连接点之间。第L相的第一飞跨电容连接在第L相臂的第二开关和第三开关的连接节点与第一相的输出连接点之间。

第M相的第二飞跨电容连接在第M相臂的第四开关和第三开关的连接节点和除第M+1相的输出连接点以外的其他任一相的输出连接点之间。第L相的第二飞跨电容连接在第L相臂的第三开关和第四开关的连接节点与除第一相的输出连接点以外的其他任一相的输出连接点之间。

多相3:D功率转换器还包括L个电感。这些电感中的每一个都连接在L个相的输出连接点以及多相3:D功率转换器的输出端Vout之间。

在实际应用中，L个相臂的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，L个相的第一飞跨电容和第二飞跨电容以及L个电感形成一个功率转换器，其输入电压与输出端的电压的比率等于3/D。D是功率转换器的占空比。

每个相臂的第二开关、第三开关和第四开关（亦即高侧开关）被配置为具有相同的占空比D。每个相臂的第四开关按相移为360/L度的顺序导通。每个相臂的第一开关（亦即低侧开关）与相同相臂的第二开关互补地导通和关断。功率转换器被配置为以占空比D从0到1/L的范围内工作。由于具有占空比，功率转换器的输出端的电压在0V到输入电源Vin的电压的1/(3L)的范围内调节。

请参照图34，图34示例性示出了与图33所示的多相3:D功率转换器对应的第一种电路结构示意图。如图34所示，每个相包括一个相臂和两个飞跨电容。其中，两个飞跨电容中的第一飞跨电容（例如，第一飞跨电容CA1）的平均电压等于输入电源Vin的电压的三分之一。第二飞跨电容（例如，第二飞跨电容CA2）的平均电压等于输入电源Vin的电压的三分之二。每个相臂包括四个串联连接的开关。多相3:D功率转换器还包括电感LA、电感LB和电感LC。

第一相臂包括第四开关Q4A、第三开关Q3A、第二开关Q2A和第一开关Q1A，它们串联连接在输入电源Vin和地之间。第二开关Q2A和第一开关Q1A的连接节点SWA是第一相臂的输出连接点（亦即第一相的输出连接点）。

第二相臂包括第四开关Q4B、第三开关Q3B、第二开关Q2B和第一开关Q1B，它们串联连接在输入电源Vin和地之间。第二开关Q2B和第一开关Q1B的连接节点SWB是第二相臂的输出连接点（亦即第二相的输出连接点）。

第三相臂包括第四开关Q4C、第三开关Q3C、第二开关Q2C和第一开关Q1C，它们串联连接在输入电源Vin和地之间。第二开关Q2C和第一开关Q1C的连接节点SWC是第三相臂的输出连接点（亦即第三相的输出连接点）。

第一相的第一飞跨电容CA1连接在第一相臂的第三开关Q3A和第二开关Q2A的连接节点与第二相的输出连接点之间。第一相的第二飞跨电容CA2连接在第一相臂的第四开关Q4A和第三开关Q3A的连接节点与第三相的输出连接点之间。

第二相的第一飞跨电容CB1连接在第二相臂的第三开关Q3B和第二开关Q2B的连接节点与第三相的输出连接点之间。第二相的第二飞跨电容CB2连接在第二相臂的第四开关Q4B和第三开关Q3B的连接节点与第一相的输出连接点之间。

第三相的第一飞跨电容CC1连接在第三相臂的第三开关Q3C和第二开关Q2C的连接节点与第一相的输出连接点之间。第三相的第二飞跨电容CC2连接在第三相臂的第四开关Q4C和第三开关Q3C的连接节点与第二相的输出连接点之间。

电感LA连接在第一相的输出连接点与输出端Vout之间。电感LB连接在第二相的输出连接点与输出端Vout之间。电感LC连接在第三相的输出连接点与输出端Vout之间。其中，每相中相臂的第二开关、第三开关和第四开关为高侧开关，每相中相臂的第一开关为低侧开关。

在实际应用中，图34中所示的功率转换器可以由类似于图32中所示的栅极驱动信号控制。如图34所示，曲线B表示第一相臂的第三开关Q3A、第二相臂第二开关Q2B和第三相臂的第四开关Q4C的栅极驱动信号；曲线C表示第一相臂的第四开关Q4A，第二相臂的第三开关Q3B和第三相臂的第二开关Q2C的栅极驱动信号；曲线A表示第一相臂的第二开关Q2A，第三相臂的第三开关Q3C和第二相臂的第四开关Q4B的栅极驱动信号；曲线表示第一相臂的第一开关Q1A的栅极驱动信号；曲线/>表示第二相臂的第一开关Q1B的栅极驱动信号；曲线/>表示第三相臂的第一开关Q1C的栅极驱动信号。

如图34所示，每个相臂的第二开关（例如，第二开关Q2A）、第三开关（例如，第三开关Q3A）和第四开关（例如第四开关Q4A）的栅极驱动信号被配置为具有相同的占空比D。每个相臂（例如，第一相臂）的第四开关（例如，第四开关Q4A）的栅极驱动信号按相移为(360/L)度的顺序导通。同时，这里因为是三相，L=3，每相间的相移为120度。因为采用了上述交叉耦合电容技术，图34中所示的功率转换器同样能够实现自动的电流均衡。

请参照图35，图35示例性示出了与图33所示的多相3:D功率转换器对应的第二种电路结构示意图。如图35所示，每个相包括一个相臂和两个飞跨电容。两个飞跨电容中的第一飞跨电容（例如，第一飞跨电容CA1）的平均电压等于输入电源Vin的电压的三分之一。第二飞跨电容（例如，第二飞跨电容CA2）的平均电压等于输入电源Vin的电压的三分之二。每个相臂包括四个串联连接的开关。该多相3:D功率转换器还包括电感LA、电感LB和电感LC。

第一相臂包括第四开关Q4A、第三开关Q3A、第二开关Q2A和第一开关Q1A，它们串联连接在输入电源Vin和地之间。第二开关Q2A和第一开关Q1A的连接节点SWA是第一相臂的输出连接点（亦即第一相的输出连接点）。

第二相臂包括第四开关Q4B、第三开关Q3B、第二开关Q2B和第一开关Q1B，它们串联连接在输入电源Vin和地之间。第二开关Q2B和第一开关Q1B的连接节点SWB是第二相臂的输出连接点（亦即第二相的输出连接点）。

第三相臂包括第四开关Q4C、第三开关Q3C、第二开关Q2C和第一开关Q1C，它们串联连接在输入电源Vin和地之间。第二开关Q2C和第一开关Q1C的连接节点SWC是第三相臂的输出连接点（亦即第三相的输出连接点）。

第一相的第一飞跨电容CA1连接在第一相臂的第三开关Q3A和第二开关Q2A的连接节点与第二相的输出连接点之间。第一相的第二飞跨与第一相的输出连接点之间。

第二相的第一飞跨电容CB1连接在第二相臂的第三开关Q3B和第二开关Q2B的连接节点与第三相的输出连接点之间。第二相的第二飞跨电容CB2连接在第二相臂的第四开关Q4B和第三开关Q3B的连接节点与第二相的输出连接点之间。

第三相的第一飞跨电容CC1连接在第三相臂的第三开关Q3C和第二开关Q2C的连接节点与第一相的输出连接点之间。第三相的第二飞跨电容CC2连接在第三相臂的第四开关Q4C和第三开关Q3C的连接节点和第三相的输出连接点之间。

电感LA连接在第一相的输出连接点与输出端Vout之间。电感LB连接在第二相的输出连接点与输出端Vout之间。电感LC连接在第三相的输出连接点与输出端Vout之间。

在实际应用中，图35中所示的功率转换器可以由类似于图32中所示的栅极驱动信号控制。如图35所示，曲线B表示第一相臂的第三开关Q3A、第二相臂第二开关Q2B和第二相臂的第四开关Q4B的栅极驱动信号；曲线C表示第三相臂的第四开关Q4C，第二相臂的第三开关Q3B和第三相臂的第二开关Q2C的栅极驱动信号；曲线A表示第一相臂的第二开关Q2A，第三相臂的第三开关Q3C和第一相臂的第四开关Q4A的栅极驱动信号；曲线表示第一相臂的第一开关Q1A的栅极驱动信号；曲线/>表示第二相臂的第一开关Q1B的栅极驱动信号；曲线/>表示第三相臂的第一开关Q1C的栅极驱动信号。

如图35所示，每个相臂的第二开关（例如，第二开关Q2A）、第三开关（例如，第三开关Q3A）和第四开关（例如第四开关Q4A）的栅极驱动信号被配置为具有相同的占空比D。每个相臂（例如，第一相臂）的第四开关（例如，第四开关Q4A）的栅极驱动信号按相移为(360/L)度的顺序导通。同时，这里因为是三相，L=3，每相间的相移为120度。因为采用了上述交叉耦合电容技术，图35中所示的功率转换器同样能够实现自动的电流均衡。

请参照图36，图36示例性示出了另一种多相3:D功率转换器的结构示意图。多相3:D功率转换器包括L相。每个相包括一个相臂。换句话说，多相3:D功率转换器包括L个相臂。每个相臂包括多个串联在输入电源Vin和地之间的开关。每个相可能包括多个飞跨电容。

第M相臂的第一飞跨电容连接在第M相臂的第三开关和第二开关的连接节点与第M+1相的输出连接点之间。第L相臂的第一飞跨电容连接在第L相臂的第三开关和第二开关的连接节点与第一相的输出连接点之间。

第M相臂的第二飞跨电容连接在第M相臂的第四开关和第三开关的连接节点以及第M+1相臂的第三开关和第二开关的连接节点之间。第L相臂的第二飞跨电容连接在第L相臂的第四开关和第三开关的连接节点以及第一相臂的第三开关和第二开关的连接节点之间。

多相3:D功率转换器还包括L个电感，其中每个电感连接在第L个相的输出连接点与输出端Vout之间。

在实际应用中，L个相臂的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关、L个相臂的第一个飞跨电容和第二个飞跨电容以及L个电感形成一个功率转换器，其输入电源Vin的电压与输出端Vout的电压的比率等于3/D。

每个相臂的第二开关、第三开关和第四开关具有相同的占空比D。每个相臂的第四开关按照360/L度的相移顺序导通。每个相臂的第一开关与相同相臂的第二开关互补地导通和关断。功率转换器被配置为以0到1/L的占空比工作。由于具有占空比，功率转换器的输出端Vout的电压在0V到输入电源Vin的电压的1/(3L) 之间。

请参照图37，图37示例性示出了与图36所示的多相3:D功率转换器对应的第一种电路结构示意图。如图37所示，每个相包括一个相臂和两个飞跨电容。两个飞跨电容中的第一飞跨电容（例如，第一飞跨电容CA1）上的平均电压等于输入电源Vin的电压的三分之一。第二飞跨电容（例如，第二飞跨电容CA2）上的平均电压也等于输入电源Vin的电压的三分之一。每个相臂包括四个串联连接的开关。多相3:D功率转换器还包括电感LA、电感LB和电感LC。

第一相臂包括第四开关Q4A、第三开关Q3A、第二开关Q2A和第一开关Q1A，它们串联连接在输入电源Vin和地之间。第二相臂包括第四开关Q4B、第三开关Q3B、第二开关Q2B和第一开关Q1B，它们串联连接在输入电源Vin和地之间。第三相臂包括第四开关Q4C、第三开关Q3C、第二开关Q2C和第一开关Q1C，它们串联连接在输入电源Vin和地之间。第一相臂的第二开关Q2A和第一开关Q1A的连接节点SWA是第一相的输出连接点。第二相臂的第二开关Q2B和第一开关Q1B的连接节点SWB是第二相的输出连接点。第三相臂的第二开关Q2C和第一开关Q1C的连接节点SWC是第三相的输出连接点。其中，每相中相臂的第二开关、第三开关和第四开关为高侧开关，每相中相臂的第一开关为低侧开关。

第一相的第一飞跨电容CA1连接在第一相的第三开关Q3A和第二开关Q2A的连接节点和第二相的输出连接点之间。第一相的第二飞跨电容CA2连接在第一相的第四开关Q4A和第三开关Q3A的连接节点以及第二相的第三开关Q3B和第二开关Q2B的连接节点之间。

第二相的第一飞跨电容CB1连接在第二相的第三开关Q3B和第二开关Q2B的连接节点和第三相的输出连接点之间。第二相的第二飞跨电容CB2连接在第二相的第四开关Q4B和第三开关Q3B的连接节点以及第三相的第三开关Q3C和第二开关Q2C的连接节点之间。

第三相的第一飞跨电容CC1连接在第三相的第三开关Q3C和第二开关Q2C的连接节点和第一相的输出连接点之间。第三相的第二飞跨电容CC2连接在第三相的第四开关Q4C和第三开关Q3C的连接节点以及第一相的第三开关Q3A和第二开关Q2A的连接节点之间。

电感LA连接在第一相的输出连接点与输出端Vout之间。电感LB连接在第二相的输出连接点与输出端Vout之间。电感LC连接在第三相的输出连接点与输出端Vout之间。

在实际应用中，图37中所示的功率转换器可以由类似于图32中所示的栅极驱动信号控制。如图37所示，曲线B表示第一相臂的第三开关Q3A、第二相臂第二开关Q2B和第三相臂的第四开关Q4C的栅极驱动信号；曲线C表示第一相臂的第四开关Q4A，第二相臂的第三开关Q3B和第三相臂的第二开关Q2C的栅极驱动信号；曲线A表示第一相臂的第二开关Q2A，第三相臂的第三开关Q3C和第二相臂的第四开关Q4B的栅极驱动信号；曲线表示第一相臂的第一开关Q1A的栅极驱动信号；曲线/>表示第二相臂的第一开关Q1B的栅极驱动信号；曲线/>表示第三相臂的第一开关Q1C的栅极驱动信号。

如图37所示，每个相臂的第二开关（例如，第二开关Q2A）、第三开关（例如，第三开关Q3A）和第四开关（例如第四开关Q4A）的栅极驱动信号被配置为具有相同的占空比D。每个相臂（例如，第一相臂）的第四开关（例如，第四开关Q4A）的栅极驱动信号按相移为(360/L)度的顺序导通。同时，这里因为是三相，L=3，每相间的相移为120度。因为采用了上述交叉耦合电容技术，图37中所示的功率转换器同样能够实现自动的电流均衡。

请参照图38，图38为本申请实施例提供在图27所示的结构加上K个扩展单元的示意图。其中，K为≥1的整数。在该实施例中以K=1为例。如图37所示，K个扩展单元中每个扩展单元均如扩展单元3700所示。

如图38所示，K个扩展单元中每个扩展单元3700包括三个扩展子单元，每个扩展子单元包括一个扩展开关（例如，扩展开关QeA、扩展开关QeB和扩展开关QeC）和一个扩展电容（例如，扩展电容CeA、扩展电容CeB和扩展电容CeC），它们连接在相应扩展子单元的第一端（例如A1、B1和C1）和第二端（例如A2、B2和C2），以及第二端和相应扩展单元的第三端（例如，A3、B3和C3）之间。

每个相臂包括第三开关（例如第三开关Q3A、第三开关Q3B和第三开关Q3C）、第二开关（例如第二开关Q2A、第二开关Q2B和第二开关Q2C）和第一开关（例如第一开关Q1A、第一开关Q1B和第一开关Q1C），它们串联连接在输入电源Vin和地之间。其中，每相中相臂的第二开关、第三开关和扩展单元的扩展开关均为高侧开关，每相中相臂的第一开关为低侧开关。

第一相的第一飞跨电容C1A连接在第一相的第二开关Q2A和K个扩展单元（该实施例为扩展单元3700）之间的连接节点，以及第二相的第二开关Q2B和第一开关Q1B的连接节点（即第二相的输出连接点）之间。

第二相的第一飞跨电容C1B连接在第二相的第二开关Q2B和K个扩展单元（该实施例为扩展单元3700）之间的连接节点，以及第三相的第二开关Q2C和第一开关Q1C的连接节点（即第三相的输出连接点）之间。

第三相的第一飞跨电容C1C连接在第三相的第二开关Q2C和K个扩展单元（该实施例为扩展单元3700）之间的连接节点，以及第一相的第二开关Q2A和第一开关Q1A的连接节点（即第一相的输出连接点）之间。

第一扩展单元的第一扩展子单元的第二端通过K-1个扩展单元连接到第一相的第三开关Q3A。第一扩展单元的第二扩展子单元的第二端通过K-1个扩展单元连接到第二相的第三开关Q3B。第一扩展单元的第三扩展子单元的第二端通过K-1个扩展单元连接到第三相的第三开关Q3C。

第一扩展单元的第一扩展子单元的第三端连接到第一相的输出连接点，或者连接到第三相的输出连接点。换句话说，第一扩展单元的第一扩展子单元的第三端连接到除了第二相的相臂之外的任一相的输出连接点。

第一扩展单元的第二扩展子单元的第三端连接到第一相的输出连接点，或者连接到第二相的输出连接点。换句话说，第一扩展单元的第二扩展子单元的第三端连接到除了第三相的相臂之外的任一相的输出连接点。

第一扩展单元的第三扩展子单元的第三端连接到第二相的输出连接点，或者连接到第三相的输出连接点。换句话说，第一扩展单元的第三扩展子单元的第三端连接到除了第一相的相臂之外的任一相的输出连接点。

第I扩展单元的第一扩展子单元的第一端连接到第I-1扩展单元的第一扩展子单元的第二端。第I扩展单元的第二扩展子单元的第一端连接到第I-1扩展单元的第二扩展子单元的第二端。第I扩展单元的第三扩展子单元的第一端连接到第I-1扩展单元的第三扩展子单元的第二端。I是大于1的整数且K大于或等于I。

第K扩展单元的第一扩展子单元的第二端连接到第一相的第三开关Q3A。第K扩展单元的第二扩展子单元的第二端连接到第二相的第三开关Q3B。第K扩展单元的第三扩展子单元的第二端连接到第三相的第三开关Q3C。

第I扩展单元的第一扩展子单元的第三端连接到除了第I-1扩展单元的第三扩展子单元的第三端连接的相臂之外的任一相的输出连接点。

第I扩展单元的第二扩展子单元的第三端连接到除了第I-1扩展单元的第三扩展子单元的第三端连接的相臂之外的任一相的输出连接点。

第I扩展单元的第三扩展单元的第三端连接到除了第I-1扩展单元的第三扩展子单元的第三端连接的相臂之外的任一相的输出连接点。

在实际应用中，将K个扩展单元3700添加到图27所示的结构后，图38所示的功率转换器的输入电源Vin的电压与输出端的电压的比值等于(K+2)/D。其中，K是整数，D是功率转换器的占空比。

在该实施例中，每个相臂的第二开关、第三开关以及所有扩展单元的开关均以相同的占空比D运行。各第三开关按照相移等于120度的顺序导通。每个相臂的第一开关与同一相臂的第二开关互补的导通与关断。该实施例中的功率转换器被配置为以0到1/3的范围内的占空比工作。由于具有这个占空比，该实施例中的功率转换器的输出端Vout的电压在0V到输入电源Vin的电压的1/((K+2)×3)的范围内调节。

需要注意的是，虽然图38说明了带有三相的功率转换器，但功率转换器可以容纳任意数量的相。例如，功率转换器可以包括L个相。在这种配置下，每个扩展单元包含L个扩展子单元。功率转换器包括L个电感，每个电感连接在L个相各自的输出连接点以及输出端Vout之间。每个相臂包括三个开关，分别是第三开关、第二开关和第一开关，它们串联连接在输入电源Vin和地之间。第M相的第一飞跨电容连接在第M相臂的第二开关和K个扩展单元之间的连接节点，以及第M+1相臂的第二开关和第一开关的连接节点之间。第L相的第一飞跨电容连接在第L相臂的第二开关和K个扩展单元之间的连接节点，以及第一相臂的第二开关和第一开关的连接节点之间。每个相臂的第二开关、第三开关以及所有扩展单元的开关均配置为以相同的占空比D运行。每个相臂的第三开关按照相移等于360/L度的顺序导通。每个相臂的第一开关与同一相臂的第二开关互补的导通与关断。该功率转换器被配置为以0到1/L的范围内的占空比工作。由于具有这个占空比，该功率转换器的输出端Vout的电压在0V到输入电源Vin的电压的1/((K+2)×L)的范围内调节。

当L为偶数时，该功率转换器可以配置为以四个的时间段为一个周期运行。在这种配置下，奇数扩展单元的第H扩展子单元的第三端连接到第H个相臂的第一开关和第二开关的连接节点。偶数扩展单元的第H扩展子单元的第三端连接到除了第H个相臂之外的相臂的第一开关和第二开关的连接节点。

具体地，在四个时间段的第一个时间段内，奇数相臂的第一开关、奇数扩展单元的奇数开关、偶数扩展单元的偶数开关和偶数相臂的第二开关被配置为导通。奇数相臂的第二开关、偶数扩展单元的奇数开关、奇数扩展单元的偶数开关和偶数编号相臂的第一开关被配置为关断。在第一个时间段内，与奇数相臂连接的电感被放电，与偶数相臂连接的电感被充电。

在四个时间段的第二个时间段内，L个相臂的第一开关被配置为导通。第三开关、L个相臂的第二开关和K个扩展单元的开关被配置为关断。在第二个时间段内，L个电感被放电。

在四个时间段的第三个时间段内，奇数相臂的第一开关、奇数扩展单元的奇数开关、偶数扩展单元的偶数开关和偶数相臂的第二开关被配置为关断。奇数相臂的第二开关、偶数扩展单元的奇数开关、奇数扩展单元的偶数开关和偶数相臂的第一开关被配置为导通。在第三个时间段内，与奇数相臂连接的电感被充电，与偶数相臂连接的电感被放电。

在四个时间段的第四个时间段内，L个相臂的第一开关被配置为导通。第三开关、L个相臂的第二开关和K个扩展单元的开关被配置为关断。在第四个时间段内，L个电感被放电。

在运行中，该功率转换器被配置为以0%到50%的占空比工作。由于具有这个占空比，功率转换器的输出端的电压在0V到输入电源Vin的电压的1/(2×(2+K))的范围内调节。

需要说明的是，在本申请的实施例中，奇数器件指的是第一器件、第三器件、第五器件…，例如，第一开关、第一相臂或第一扩展单元等；偶数器件指的是第二器件、第四器件、第六器件…，例如，第二开关、第二相臂或第二扩展单元等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (18)

1.一种功率转换器，其特征在于，包括：

L相，所述L相中每一相包括一个相臂、一个电感、至少一个飞跨电容和一个输出连接点，L为大于2的正整数；

其中，在每相中：所述相臂包括串联连接在输入电源与所述输出连接点之间的N个高侧开关和连接在所述输出连接点与地之间的低侧开关，所述电感连接在所述输出连接点与所述功率转换器的输出端之间；

所述L相中的第L相的第一飞跨电容连接在第L相的相臂和第一相的输出连接点之间，所述L相中的第M相的第一飞跨电容连接在第M相的相臂和第M+1相的输出连接点之间，其中，M为小于L的正整数；

所述L相中的各开关均被配置为周期性地导通与关断，以使得所述输入电源的电压与所述输出端的电压的比值为N/D，其中，N为大于等于2的整数，D为控制所述高侧开关的信号的占空比。

2.根据权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，每个相臂都包括第一开关、第二开关与第三开关，所述第三开关、所述第二开关与所述第一开关依次串联连接在输入电源和地之间，其中，在每相中，所述第一开关与所述第二开关之间的连接节点是该相的输出连接点，且N=2；

第M相的第一飞跨电容连接在第M相的第三开关和第二开关的连接节点，和第M+1相的输出连接点之间；

第L相的第一飞跨电容连接在第L相的第三开关和第二开关的连接节点，和第一相的输出连接点之间；

所述L相中的各开关均被配置为周期性地导通与关断，以使得所述输入电源的电压与所述输出端的电压的比值为2/D，其中，D为控制所述第二开关、所述第三开关的信号的占空比，且控制所述第一开关的信号的占空比为1-D。

3.根据权利要求2所述的功率转换器，其特征在于，当L为偶数时，所述功率转换器被配置为以四个时间段为一个周期运行；

在所述四个时间段的第一个时间段中，奇数相臂的第一开关、奇数相臂的第三开关和偶数相臂的第二开关被配置为导通，偶数相臂的第一开关、偶数相臂的第三开关和奇数相臂的第二开关被配置为关断；

在所述四个时间段的第二个时间段中，每个相臂的第一开关被配置为导通，每个相臂的第三开关和第二开关被配置为关断；

在所述四个时间段的第三个时间段中，奇数相臂的第一开关、奇数相臂的第三开关和偶数相臂的第二开关被配置为关断，偶数相臂的第一开关、偶数相臂的第三开关和奇数相臂的第二开关被配置为导通；

在所述四个时间段的第四个时间段中，每个相臂的第一开关被配置为导通，每个相臂的第三开关和第二开关被配置为关断。

4.根据权利要求2所述的功率转换器，其特征在于，配置占空比D在0%到50%的范围内，以使所述输出端的电压在0V到所述输入电源的电压的四分之一之间。

5.根据权利要求2所述的功率转换器，其特征在于，各第三开关顺序错相360/L度导通；

第M相臂的第三开关与第M+1相臂的第二开关同时导通和关断；

第L相臂的第三开关与第一相臂的第二开关同时导通和关断；

每个相臂的第一开关与第二开关互补地导通和关断。

6.根据权利要求5所述的功率转换器，其特征在于，配置所述占空比D在0到1/L的范围内，以使所述输出端的电压在0V到所述输入电源的电压的1/(2L)之间。

7.根据权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，所述L相中的每相还包括第二飞跨电容；

每个相臂包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关依次串联连接在地和输入电源之间，其中，在每相中，所述第一开关与所述第二开关之间的连接节点是该相的输出连接点，且N=3；

第M相的第一飞跨电容连接在第M相臂的第二开关和第三开关的连接节点，和第M+1相的输出连接点之间；

第L相的第一飞跨电容连接在第L相臂的第二开关和第三开关的连接节点，和第一相的输出连接点之间；

其中，所述L相中的各开关均被配置为周期性地导通与关断，以使得所述输入电源的电压与所述输出端的电压的比值为3/D，其中，D为控制所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关的信号的占空比，且控制所述第一开关的信号的占空比为1-D。

8.根据权利要求7所述的功率转换器，其特征在于，第M相的第二飞跨电容连接在第M相臂的第四开关和第三开关的连接节点，和除第M+1相以外的任意一相的输出连接点之间；

第L相的第二飞跨电容连接在第L相臂的第四开关和第三开关的连接节点，和除第一相以外的任意一相的输出连接点之间。

9.根据权利要求7所述的功率转换器，其特征在于，第M相的第二飞跨电容连接在第M相臂的第四开关和第三开关的连接节点，和第M+1相臂的第三开关和第二开关的连接节点之间；

第L相的第二飞跨电容连接在第L相臂的第四开关和第三开关的连接节点，和第一相臂的第三开关和第二开关的连接节点之间。

10.根据权利要求8所述的功率转换器，其特征在于，各第四开关顺序错相360/L度导通；

每个相臂的第一开关与第二开关以互补的方式导通与关断；

配置所述占空比D在0到1/L的范围内，以使所述输出端的电压在0V到所述输入电源的电压的1/(3L)之间。

11.根据权利要求8所述的功率转换器，其特征在于，在每相中，第二飞跨电容连接在第四开关和第三开关之间的连接节点，和输出连接点之间。

12.根据权利要求11所述的功率转换器，其特征在于，当L为偶数时，所述功率转换器被配置为以四个时间段为一个周期运行；

在所述四个时间段的第一个时间段中，奇数相臂的第一开关和第三开关，以及偶数相臂的第二开关和第四开关被配置为导通，偶数相臂的第一开关和第三开关，以及奇数相臂的第二开关和第四开关被配置为关断；

在所述四个时间段的第二个时间段中，每个相臂的第一开关被配置为导通，每个相臂的第四开关、第三开关和第二开关被配置为关断；

在所述四个时间段的第三个时间段中，奇数相臂的第一开关和第三开关，以及偶数相臂的第二开关和第四开关被配置为关断，偶数相臂的第一开关和第三开关，以及奇数相臂的第二开关和第四开关被配置为导通；

在所述四个时间段的第四个时间段中，每个相臂的第一开关被配置为导通，每个相臂的第四开关、第三开关和第二开关被配置为关断；

其中，配置所述占空比D在0%到50%的范围内，以使所述输出端的电压在0V到所述输入电源的电压的六分之一之间。

13.根据权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，所述L相中每一相还包括第二飞跨电容和第三飞跨电容，且L为偶数：

每个相臂包括串联连接在地和输入电源之间的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关，其中，在每相中，所述第一开关与所述第二开关之间的连接节点是该相的输出连接点，且N=4；

第M相的第一飞跨电容连接在第M相臂的第二开关和第三开关的连接节点，和第M+1相的输出连接点之间；

第L相的第一飞跨电容连接在第L相臂的第三开关和第二开关的连接节点，和第一相的输出连接点之间；

在每相中，第二飞跨电容连接在第四开关和第三开关的连接节点，和输出连接点之间；

第J相的第三飞跨电容连接在第J相臂的第四开关和第五开关的连接节点，和第J-1相的输出连接点之间，其中，J为整数且1＜J≤L；

第一相的第三飞跨电容连接在第一相臂的第四开关和第五开关的连接节点，和第L相的输出连接点之间；

其中，所述L相中的各开关均被配置为周期性地导通与关断，以使得所述输入电源的电压与所述输出端的电压的比值为4/D，其中，D为控制所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第五开关的信号的占空比，且控制所述第一开关的信号的占空比为1-D。

14.根据权利要求13所述的功率转换器，其特征在于，所述功率转换器被配置为以四个时间段为一个周期运行，其中：

在所述四个时间段的第一个时间段中，奇数相臂的第一开关、第三开关和第五开关，以及偶数相臂的第二开关和第四开关被配置为导通，奇数相臂的第二开关、第四开关，以及偶数相臂的第一开关、第三开关和第五开关被配置为关断；

在所述四个时间段的第二个时间段中，每个相臂的第一开关被配置为导通，每个相臂的第五开关、第四开关、第三开关、第二开关被配置为关断；

在所述四个时间段的第三个时间段中，奇数相臂的第一开关、第三开关和第五开关，以及偶数相臂的第二开关和第四开关被配置为关断，奇数相臂的第二开关、第四开关，以及偶数相臂的第一开关、第三开关和第五开关被配置为导通；

以及，在所述四个时间段的第四个时间段中，每个相臂的第一开关被配置为导通，每个相臂的第五开关、第四开关、第三开关、第二开关被配置为关断；

其中，配置所述占空比D在0%到50%的范围内，以使所述输出端的电压在0V到所述输入电源的电压的八分之一之间。

15.根据权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，所述功率转换器还包括K个扩展单元，所述K个扩展单元中每个扩展单元包括L个扩展子单元，其中，K为大于等于1的整数；

每个扩展子单元包括连接在扩展子单元的第一端和第二端之间的扩展开关，以及连接在扩展子单元的第二端和第三端之间的扩展电容；

每个相臂都包括第一开关、第二开关与第三开关，所述第三开关、所述K个扩展单元中的K个扩展开关、所述第二开关与所述第一开关依次串联连接在输入电源和地之间，其中，在每相中，所述第一开关与所述第二开关之间的连接节点是该相的输出连接点；

第M相的第一飞跨电容连接在第M相臂的第二开关和第一个扩展单元中的第M扩展子单元的扩展开关的连接节点与第M+1相的输出连接点之间；

第L相的第一飞跨电容连接在第L相臂的第二开关和第一个扩展单元中的第L扩展子单元的扩展开关的连接节点与第一相的输出连接点之间；

第一个扩展单元中第M个扩展子单元的第二端通过K-1个扩展子单元与第M相臂的第三开关连接；

第一个扩展单元中第M个扩展子单元的第三端连接到除第M+1相以外的任意一相的输出连接点；

第一个扩展单元中第L个扩展子单元的第三端连接到除第一相以外的任意一相的输出连接点；

第I个扩展单元的第H个扩展子单元的第一端连接到第I-1个扩展单元的第H个扩展子单元的第二端，其中，H、I为正整数，且L≥H，1≤I≤K；

第I个扩展单元的第H个扩展子单元的第三端连接到除第I-1个扩展单元的第H个扩展子单元的第三端所连接的相以外的任意一相的输出连接点；

第K个扩展单元的第H个扩展子单元的第二端与第H相臂的第三开关连接；

其中，所述L相中的各开关和所述K个扩展单元中的各扩展开关均被配置为周期性地导通与关断，以使得所述输入电源的电压与所述输出端的电压的比值为(K+2)/D，其中，D为控制所述第二开关、所述第三开关和各扩展单元中扩展开关的信号的占空比，且控制所述第一开关的信号的占空比为1-D。

16.根据权利要求15所述的功率转换器，其特征在于，各第三开关顺序错相360/L度导通；

每个相臂的第一开关与第二开关以互补的方式导通与关断；

配置所述占空比D在0到1/L的范围内，以使所述输出端的电压在0V到所述输入电源的电压的1/((K+2)×L)之间调节。

17.根据权利要求15所述的功率转换器，其特征在于，当L为偶数时，奇数扩展单元的第H个扩展子单元的第三端连接到第H相的输出连接点；

偶数扩展单元的第H个扩展子单元的第三端连接到除第H相以外的任意一相的输出连接点。

18.根据权利要求17所述的功率转换器，其特征在于，所述功率转换器被配置为以四个时间段为一个周期运行；

在所述四个时间段的第一个时间段中，奇数相臂的第一开关、奇数扩展单元的奇数扩展开关、偶数扩展单元的偶数扩展开关和偶数相臂的第二开关被配置为导通，奇数相臂的第二开关、奇数扩展单元的偶数扩展开关、偶数扩展单元的奇数扩展开关和偶数相臂的第一开关被配置为关断；

在所述四个时间段的第二个时间段中，每个相臂的第一开关被配置为导通，每个相臂的第三开关、第二开关以及K个扩展单元的扩展开关被配置为关断；

在所述四个时间段的第三个时间段中，奇数相臂的第一开关、奇数扩展单元的奇数扩展开关、偶数扩展单元的偶数扩展开关和偶数相臂的第二开关被配置为关断，奇数相臂的第二开关、奇数扩展单元的偶数扩展开关、偶数扩展单元的奇数扩展开关和偶数相臂的第一开关被配置为导通；

在所述四个时间段的第四个时间段中，每个相臂的第一开关被配置为导通，每个相臂的第三开关、第二开关以及K个扩展单元的扩展开关被配置为关断；

其中，配置所述占空比D在0%到50%的范围内，以使所述输出端的电压在0V到所述输入电源的电压的1/(2×(2+K))之间。