CN215934737U - 用于单电感器多输出开关转换器的系统 - Google Patents

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CN215934737U CN202120733151.3U CN202120733151U CN215934737U CN 215934737 U CN215934737 U CN 215934737U CN 202120733151 U CN202120733151 U CN 202120733151U CN 215934737 U CN215934737 U CN 215934737U
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Abstract

公开了一种具有多个AC电压输出分支的AC‑AC功率转换器。该AC‑AC功率转换器是无桥的并且仅包含一个功率级。该AC‑AC功率转换器仅由一个用于功率转换的电感器构成，并且提供用于一次一个地连续馈送到多个输出分支的电流源。每个输出分支可以由相应的开关选择，并且其谐振电路将输入电流源转变为AC电源。

Description

用于单电感器多输出开关转换器的系统
技术领域
公开的是AC-AC SIMO转换器，其提供了简单、紧凑、可扩展且低成本的解决方案，仅单个电感器被用于驱动多个独立的AC负载。负载可以是具有兼容接收器线圈的便携式电子产品、诸如适于感应烹饪的那些器具的加热器具、或诸如风扇、真空吸尘器等之类的使用电动机的家用电器。
背景技术
常规的多输出架构采用多个功率转换器，每个功率转换器产生AC输出以供应AC负载，诸如用于无线功率传输系统的发射线圈。AC/DC适配器执行来自AC干线电源的AC-DC转换以提供DC总线。每个发射器的功率级通常由全桥逆变器和谐振网络构成。这种常规拓扑的主要缺点是DC-AC转换器（或逆变器）的数量与AC负载的数量成正比。因此，逆变器的数量随着AC负载的数量增加而增加，这导致更高的成本和更大的尺寸。
发明内容
以下呈现本发明的简化概述，以便提供对本发明的一些方面的基本理解。该概述不是本发明的广泛综述。既不旨在标识本发明的关键或重要元素，也不旨在描绘本发明的范围。更确切地说，本概述的唯一目的是以简化的形式呈现本发明的一些概念，作为以下呈现的更详细描述的序言。
本文公开了用于在单电感器多输出（SIMO）开关转换器（SIMO AC-AC转换器）中从交流（AC）电压源产生多个独立的AC电压的系统，包括：用于提供电能的AC电压源；前级功率转换器，包括仅一个电感器作为用于功率转换的能量存储元件；以及多个可选输出分支，每个可选输出分支包括输出选择开关、谐振储能电路和发射器线圈，其中，所述谐振储能电路将输入AC功率变成用于向所述发射器线圈馈电的AC功率。
还公开了用于在单电感器多输出（SIMO）开关转换器（SIMO AC-AC转换器）中从交流（AC）电压源产生多个独立的AC电压的方法，包含：从AC电压源提供电能；以及使用包括仅一个电感器作为用于功率转换的能量存储元件的前级功率转换器和多个可选输出分支来产生多个AC输出，每个可选输出分支包括输出选择开关、谐振储能电路和发射器线圈，其中，所述谐振储能电路将输入AC功率变成用于向所述发射器线圈馈电的AC功率。
为了实现前述和相关目的，本发明包括以下充分描述并在权利要求中特别指出的特征。以下描述和附图详细阐述了本发明的某些说明性方面和实现。然而，这些仅指示了可以采用本发明原理的各种方式中的一些。当结合附图考虑时，本发明的其他目的、优点和新颖特征将从本发明的以下详细描述中变得显而易见。
附图说明
图1描绘本文进一步描述的一个实施例中的AC-AC SIMO系统的一般应用；
图2描绘常规的AC-AC多输出电源的系统结构；
图3描绘本文进一步描述的另一实施例中的无桥单级SIMO AC-AC转换器的简化功能框图；
图4描绘另一实施例中具有降压（buck）-升压（boost）功率级的无桥SIMO AC-AC转换器；
图5描绘另一实施例中主开关、输出开关和电感器电流的时序关系；
图6描绘另一实施例中具有降压功率级的SIMO转换器的电路拓扑；
图7描绘另一实施例中功率开关、输出开关和电感器电流的时序关系；
图8描绘另一实施例中所提出的具有升压功率级的SIMO转换器的电路拓扑；
图9描绘另一实施例中具有降压-升压功率级的单电感器三输出（SITO）转换器的电路拓扑；
图10（a）描绘当AC输入（线）电压（Vin）为正（Vin＞0）时主开关、输出开关、电感器电流和输出电压的理想时序图；图10（b）报告当Vin＞0时的对应的开关序列；以及图10（c）报告当Vin＜0时的开关序列；
图11描绘另一实施例中所提出的具有三个相同负载的SITO转换器的模拟波形；
图12描绘另一实施例中当Vin达到其最大值时图11的放大图；
图13描绘另一实施例中所提出的具有三个相同负载的SITO转换器中的三个输出电压的频谱；
图14描绘另一实施例中所提出的具有三个不同负载的SITO转换器的模拟波形；
图15报告当Vin达到其最大值时图14的放大图；
图16描绘另一实施例中所提出的具有三个不同负载的SITO转换器中的三个输出电压的频谱。
具体实施方式
本文公开了一种无桥单级单电感器多输出（SIMO）AC-AC功率转换器，其将AC输入电压变换为多个AC输出电压，每个AC输出电压可以被独立地控制，并且可以连接到AC负载或发射线圈以形成多线圈无线功率传输系统。一个优点是在功率级中仅用单个电感器提供从AC输入电压直接到多个AC输出电压的单级转换。电感器以时分复用方式向所有AC输出提供能量。该转换器显著地减少了整个系统中的总组件计数，因此减少了材料构建（BOM）成本以及总尺寸和重量。与当前用于驱动无线功率系统中的多个发射线圈的现有电源拓扑相比，所提出的无桥单级AC-AC SIMO拓扑（在本专利报告中也称为AC-AC SIMO转换器）提供了以下优点中的一个或多个：1.紧凑性；2.低成本；3.针对任何数量的发射线圈（或AC负载）的可扩展性；4.容易实现；以及5.相对高的效率。
本文描述了一种对现有产品提供改进的新电路拓扑。用于实现由AC干线所供应的多通道无线功率传输的商业解决方案需要外部AC/DC功率适配器来产生DC总线电压，这需要更多的外部组件并且效率非常低。通过采用所提出的SIMO AC-AC拓扑，可以实现更高的功率传输效率，同时显著节省总系统成本。新的电路拓扑使得原始设备制造商（OEM）和原始设计制造商（ODM）能够开发最佳等级的无线功率递送系统，诸如用于移动电话、膝上型电脑和其他便携式电子设备的未来一代Qi无线充电器。
SIMO转换器拓扑提供了用于产生多个AC输出的简单、可扩展且低成本的解决方案。与诸如多输出并联半桥/全桥逆变器、多输出串联谐振逆变器（MOSRI）或多输出谐振矩阵转换器之类的传统拓扑不同，本文描述的SIMO转换器拓扑使用最小数量的功率开关、栅极驱动器和无源组件来实现稳健的AC-AC功率转换和高效率。此外，本文所述的转换器仅需要一级功率转换来同时驱动多个负载，因此使得能够使用合并的控制器来调节输出功率，因此显著降低控制复杂性。因此，本文所述的转换器是用于具有多个线圈的WPT系统的低成本、能量高效且尺寸更紧凑的电路。
图1示出了根据一个实施例的AC-AC SIMO系统的一般应用。AC-AC SIMO系统被连接到壁装电源插座并且由AC干线电压来供电。AC-AC SIMO系统将输入AC电压直接变换成多个AC输出电压。AC-AC SIMO系统能够经由插座和插头的磁接触经由无线功率传输（WPT）向多个发射线圈馈电以向具有接收线圈的多个不同电器同时供电。
从本文描述的AC-AC SIMO系统可知，由于AC-AC SIMO系统仅采用单个电感器来驱动多个独立的AC负载，所以可实现形成磁接触无线充电器的简单、紧凑、可扩展和低成本的解决方案。负载可以是具有兼容接收器线圈的便携式电子产品、诸如适于感应烹饪的那些器具的加热器具、诸如风扇、真空吸尘器等之类的使用电动机的家用电器、以及AC供电的照明。AC-AC SIMO系统还可以提供儿童安全机制，因为AC-AC SIMO系统不需要任何有线连接和/或插头适配器。
常规的多输出架构采用多个功率转换器，每个功率转换器产生AC输出以供应AC负载，诸如用于无线功率传输系统的发射线圈。AC/DC适配器执行来自AC干线电源的AC-DC转换以提供DC总线。每个发射器的功率级通常由全桥逆变器和谐振网络构成。图2示出了用于具有多个AC输出的常规多线圈发射器的功率级的简化系统架构。这种常规拓扑的主要缺点是，DC-AC转换器（或逆变器）的数量与AC负载的数量成正比，如图2所示。因此，逆变器的数量随着AC负载数量增加而增加，这导致更高的成本和更大的尺寸。与常规电源拓扑相比，本文描述的新的AC-AC SIMO提供了简单、紧凑、可扩展和低成本的解决方案，因为它仅采用单个电感器来驱动多个独立的AC负载。
作为对新颖的单级SIMO转换器的介绍，请参考图3。图3示出了所提出的转换器的简化功能框图，该转换器用于同时驱动多个独立的发射器天线（线圈）以用于无线功率传输应用。
所提出的SIMO转换器的主要功能框由普通的单电感器多输出（SIMO）功率转换器和多个并联电感-电容（LC）谐振储能电路（tank）制成或构成，所述多个并联电感-电容（LC）谐振储能电路继而连接到其对应的发射器线圈（Tx线圈）。在转换器的功率级中仅使用一个电感器。可以被配置为降压、升压或降压-升压模式的转换器在非连续导通模式（DCM）下操作，在该模式下，电感器电流在每个开关周期结束时返回到零。SIMO功率转换器的每个独立驱动的输出连接到由电感器Lrn和电容器Crn构成的并联LC谐振电路。每个LC谐振储能电路的电压被馈送到其对应的发射器线圈（Tx线圈）。无线功率可通过磁耦合或磁共振从发射器线圈传递到紧密接近发射器线圈放置的兼容的负载的接收器线圈。由于谐振电感器与发射器线圈并联连接，所以谐振电感器的电感远小于发射器线圈的电感，以便即使发射器线圈被加载了附近的具有负载的接收器线圈，谐振储能电路的谐振频率也不会显著改变。有效地，LC谐振储能电路充当向发射器线圈（及其对应的接收器负载）供电的高频AC功率源。
能量以顺序的方式周期性地从SIMO功率转换器的功率级传递到每个谐振电路中。SIMO功率转换器将电流顺序地馈送到一组并联谐振储能电路中。每个谐振储能电路将电流源变成处于谐振频率的AC功率源（在谐振储能电路内具有正弦AC输出电压和电流）。SIMO功率转换器的开关频率是谐振频率的整数倍，其中，开关频率被定义为主功率开关（Smain）的开关频率。
SIMO转换器拓扑提供了用于产生多个AC输出的简单、可扩展且低成本的解决方案。与诸如多输出并联半桥/全桥逆变器、多输出串联谐振逆变器（MOSRI）或多输出谐振矩阵转换器之类的传统拓扑不同，新的SIMO转换器拓扑使用最少数量的功率开关、栅极驱动器和无源组件来实现稳健的AC-AC功率转换和高效率。此外，转换器仅需要一级功率转换来同时驱动多个负载，因此使得能够使用合并的控制器来调节输出功率，因此显著降低了控制复杂性。
在新的单级SIMO转换器拓扑中，每个附加负载仅需要再多一个输出开关。每个输出开关（或主开关）可以由一对背对背连接的功率MOSFET实现，以便即使在MOSFET关断时，也防止经由MOSFET的本征体二极管的非故意反向导通。因此，对于所提出的具有降压-升压功率级的转换器，所需的功率MOSFET的总数是2（N+1），其中，N是输出的总数。表I报告另一实施例中的逆变器的各种类型的功率级的开关的总数。表I总结了所提出的非隔离转换器所需的功率MOSFET的总数，其功率级可以以任一方式被配置为降压、升压和降压-升压模式。与现有技术相比，本文描述的转换器拓扑对于相同数量的负载需要数量少得多的功率开关和栅极驱动器。本文描述的转换器拓扑实现了较小尺寸、较低成本和较高效率中的至少一个，尤其是当AC负载的数量变得较大时。
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE002
从参考图4开始，讨论了所提出的SIMO AC-AC转换器的工作原理。降压-升压转换器用于说明操作原理，尽管也可以使用其他转换器，例如降压和升压转换器（其也使用一个电感器）。图4示出了具有N个独立AC输出的“基于降压-升压转换器”的SIMO AC-AC转换器的系统。
流入每个AC输出负载的能量可以通过Smain的占空比独立地调整。由于时分复用控制方案的性质，AC-AC SIMO转换器可以被建模为子转换器的阵列，因为在任何时间点，AC输出负载中的仅一个连接到SIMO转换器的功率级。假设谐振储能电路中的谐振电感器远小于发射器线圈的电感。这种假设使谐振储能电路的谐振频率即使在发射器线圈被加载的情况下也保持稳定。SIMO转换器的开关频率由输出的总数以及输出负载的谐振频率来确定，所述谐振频率取决于Loi和Coi的值，其中，索引i表示第i个输出。数学上，其可以表示如下：
Figure DEST_PATH_RE-DEST_PATH_IMAGE003
其中，fsw是开关频率，fo是谐振频率，并且N是输出的总数。
通常，Qi无线功率标准的操作频率的范围在87 kHz至205 kHz之间。如果本文描述的设备/系统被用于符合Qi标准，则SIMO转换器的谐振频率（或输出频率）可以落入该频率范围内。当然，也可以选择适合其他国际标准的频率。对于特定的谐振频率，可以确定Lo和Co的适当值。在谐振时，理想并联谐振储能电路的等效阻抗可以表示为：
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE004
其中，Roi是绕组电阻，并且LAi是理想无损发射线圈的电感。
为了说明的目的，现在通过首先假设所提出的逆变器的功率级被配置为降压-升压转换器来解释所有SIMO开关（即主功率开关和输出开关）的开关序列。图5示出了主功率开关（Q1和Q2）、输出开关（Qo11和Qo12、Qo21和Qo22、…、Qon1和Qon2）以及电感器电流（IL）的时序关系。
在每个开关周期的开始时，主开关Q1和Q2在栅极驱动信号Smain的上升沿处导通。在DCM的第一子间隔期间，Q1和Q2被导通，并且所有输出开关被关断。电感器电流以m1=Vin/L的正斜率斜升。在第一子间隔的结束时，电感器电流达到其峰值I L,pk，其表示如下：
Figure DEST_PATH_RE-DEST_PATH_IMAGE005
。
一旦电感器电流达到由（3）式给出的峰值，则Q1和Q2被关断，并且一对输出开关被导通（而其余输出开关关断）。这标志着DCM中第二子间隔的开始。电感器电流然后以负斜率m 2 =-V o （t）/L斜降，其中，Vo（t）表示正弦输出电压的瞬时值。输出开关保持导通，直到检测到电感器电流的过零。在第二子间隔结束时，电感器被完全放电，并且输出开关在零电流条件下关断。SIMO转换器然后进入第三子间隔（所谓的空闲阶段），在该第三子间隔中，所有开关被关断，并且电感器电流保持为零，直到开关时钟的下一上升沿到达。然后，上述开关序列在每个开关周期内重复其自身。主要想法之一是，分时电感器以循环赛方式将所需能量递送到每个AC负载中。
电感器电流的向下斜率（m2）实际上随着正弦输出电压的瞬时值而变化。因为输出电压可以被解耦成DC（平均）分量和AC分量。为了简单起见，通过仅考虑第二子间隔期间的输出电压的DC分量来应用一阶近似。结果，电感器电流的向下斜率可以表示为直线，如图6所示，其可以数学地写为如下：
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE007
表示第二子间隔期间的平均输出电压。
图5描绘了不平衡AC负载的一般情况，即，从功率级向每个输出递送不同的功率电平。进入每个输出负载的平均电感器电流是不同的，其特征在于跨输出的电感器电流的不同峰值。
软开关可用在输出开关中以减轻开关损耗并减少EMI的产生。作为示例，在电感器电流返回到零时的第二子间隔的结束时，输出开关Sout1可通过零电流开关（ZCS）被关断。相同的软开关技术也可以应用于其他输出开关。
当所提出的转换器的功率级被配置为降压转换器时，在此也解释了新的逆变器的开关序列。图6示出了所提出的SIMO转换器的对应系统。在功率级中存在两对功率开关（QH1和QH2、QL1和QL2），并且在输出级中存在N对输出开关（Qo11和Qo12、Qo21和Qo22、…、Qon1和Qon2）。因此，在拓扑的该实施例中需要总共2（N+2）个开关。
图7中描绘了高侧和低侧功率开关（QH1和QH2、QL1和QL2）、输出开关（Qo11和Qo12、Qo21和Qo22、…、Qon1和Qon2）以及电感器电流（IL）的时序关系。为了说明的目的，考虑AC-AC SIMO转换器的第一输出。在每个开关周期的开始时，在开关时钟的上升沿，高侧功率MOSFET（QH1，QH2）和第一输出分支处的输出MOSFET对（Qo11，Qo12）被导通。在DCM的第一子间隔期间，QH1和QH2保持导通，并且电感器电流以正斜率m1=（Vin-Vo1）/L斜升。在第一子间隔的结束时，电感器电流达到其峰值I L,pk，其可以表示为：
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE008
。
一旦电感器电流达到由（5）式给出的其峰值，则高侧功率MOSFET（QH1、QH2）被关断，然后低侧功率MOSFET（QL1、QL2）被导通。这标志着DCM中第二子间隔的开始。电感器电流以斜率m 2 =-V o1 （t）/L斜降，其中，Vo1（t）表示第一正弦输出电压的瞬时值。QL1和QL2保持导通，直到检测到电感器电流的任一过零。在第二子间隔的结束时，电感器完全放电，并且QL1和QL2在零电流条件下关断。SIMO转换器然后进入DCM中的第三子间隔（所谓的空闲阶段），其中，电感器电流保持为零直到开关时钟的下一上升沿到达。Qo11和Qo12在整个开关周期内保持导通。然后，开关序列在随后的开关周期中针对另一输出重复其自身。
另一方面，新SIMO转换器拓扑的功率级也可以被配置为升压型。图8示出了所提出的SIMO转换器的对应的电路拓扑。在该特定拓扑中，在功率级中存在一对功率MOSFET（Q1和Q2），并且在输出级中存在N对输出MOSFET（Qo11和Qo12、Qo21和Qo22、…、Qon1和Qon2）。因此，其需要总共2（N+1）个MOSFET。功率开关（Smain）、输出开关（Sout1、…、Soutn）和电感器电流（IL）之间的对应的时序图基本上与图5所示的时序图相同。
新SIMO转换器的另一/替代要求是它必须在DCM中操作。这意味着电感器电流总是在每个开关周期的结束时返回到零。电感器电流以时分复用方式馈送到每个单独AC输出。使用具有多个激励阶段的这种时分复用控制方案意味着输出在时间上被完全解耦。换句话说，一个输出中的负载变化将不会引起另一个输出中的不想要的变化。因此，其导致跨输出的可忽略的交叉调节。
在以下讨论中如图9所示使用单电感器三输出（SITO）升压转换器作为示例，更详细地阐述了SIMO AC-AC转换器的操作模式。
图9示出了存在总共八个功率MOSFET（即2（N+1），其中，N=3），其包括用于主开关Smain的一对MOSFET和用于三个输出开关（Sout1、Sout2、Sout3）的三对MOSFET。L是主电感器。AC负载的特征在于由Cri、Lri和发射天线线圈LTi的并联组合构成的谐振储能电路。Vin是SIMO转换器的AC输入电压。Vo1、Vo2和Vo3是三个单独的AC输出电压。IL是电感器电流。Io1、Io2及Io3为流过对应输出开关的输出电流。
所有开关（Smain、Sout1、Sout2、Sout3）、电感器电流（IL）及输出电压（Vo1、Vo2、Vo3）的理想波形在图10（a）中示出了，其中，Ts表示主开关Smain的开关周期，且To表示输出开关（Sout1、Sout2、Sout3）的开关周期。图10（a）清楚地示出了所提出的SIMO AC-AC转换器在DCM中操作，其中，电感器电流IL在每个开关周期结束时总是返回到零值。图10（b）示出了当Vin＞0时所提出的SIMO AC-AC转换器的对应开关序列。图10（c）示出了当Vin＜0时的开关序列，其中，Vin是AC输入（线）电压。
在一个实施例中，在一个开关周期Ts期间每个输出存在三种不同的操作模式，其可以被分类如下（注意：第一输出被用作示例）。
·模式1（t0-t1）：主开关Smain导通，并且所有输出开关关断。电感器电流IL以线性速率Vin/L斜升。第一输出的模式1在图10中表示为（1-1）。同样，第二和第三输出的模式1分别表示为（2-1）和（3-1）。
·模式2（t1-t2）：主开关Smain关断，并且第一输出开关Sout1导通，而另两个输出开关关断。电感器电流IL以[Vin-Vo1（t）]/L的速率斜降，直到IL降到零，这标志着模式2的结束。用于第一输出的模式2在图10中被标注为（1-2）。同样，用于第二和第三输出的模式2分别被标注为（2-2）和（3-2）。
·模式3（t2-t3）：所有开关都关断。IL在该空闲周期期间保持为零。用于第一输出的模式3在图10中被标注为（1-3）。类似地，用于第二和第三输出的模式3分别被标注为（2-3）和（3-3）。
第二和第三输出遵循与第一输出相同的开关序列。来自电感器的能量以时间交错的方式被分配到三个输出。应当注意，相同的开关序列可以方便地扩展到N个输出，其中，N是发射线圈的总数。
使用PSIM软件进行时域模拟，以便基于表II中列出的设计规范来确认所提出的SIMO AC-AC转换器的可行性。表II报告另一实施例中所提出的SIMO AC-AC转换器的设计规范。
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE010
为了说明的目的，选择111 kHz的谐振（输出）频率，其落入来自Qi标准的指定频率范围（即87 kHz至205 kHz）内。在我们的模拟中也可以使用该范围内的其他频率值。首先，研究平衡负载条件，其中，三个正弦输出电压具有相同的频率和幅度。
图11示出了具有三个相同负载的SITO转换器的模拟波形。输出频率为111 kHz，其是开关频率（333 kHz）的三分之一。功率因数是0.9999。三个AC输出具有相同的RMS值，即25.4 V。图12是当正弦输入AC电压（Vin）的瞬时值处于其最大值时图11的放大图。注意，任何两个输出之间的相位差为120°。通常，对于具有N个输出的SIMO转换器，任何两个输出之间的相位差由2π/N给出。图13示出了三个正弦输出的对应FFT频谱。其清楚地示出了它们具有相同的111 kHz的基频和相同的电压电平。
研究了不平衡负载条件的第二种场景，其中，三个正弦输出电压具有相同的频率但不同的RMS值（或不同的峰值幅度）。图14示出了具有三个不同负载的SITO转换器的模拟波形。功率因数是0.9998。三个AC输出具有不同的RMS值，即11.7V、27.2V和39.1V。图15是当正弦输入AC电压（Vin）的瞬时值处于其最大值时图14的放大图。与先前的平衡负载的情况不同，在不平衡负载场景中，电感器电流对于三个输出中的每一个呈现不同的峰值。图16示出了三个正弦输出的对应FFT频谱。其清楚地示出了它们具有相同的111 kHz的基频但是不同的电压电平。
模拟结果验证了使用单个电感器来产生多个独立AC电压的新SITO转换器的功能。新SITO转换器可以在每个输出处以非常低的谐波产生高质量正弦波。每个输出电压的幅度可以通过改变主开关的占空比而被独立地调整。
描述了一种无桥单级AC-AC SIMO转换器，其利用单个电感器来产生多个独立的AC输出电压，每个AC输出电压可以被独立地控制，并且可以连接到AC负载或发射线圈以形成多线圈无线功率传输系统。该拓扑的优点包括较少组件计数、较低BOM成本、简化控制方案、容易实现和较高功率效率中的至少一个。模拟和实验结果都证实了电路满足目标设计规范和性能要求。
关于针对给定特性的任何数字或数值范围，来自一个范围的数字或参数可以与来自针对相同特性的不同范围的另一数字或参数进行组合以产生数值范围。
除了在操作示例中，或另有说明，在说明书和权利要求书中使用的涉及成分的量、反应条件等的所有数字、值和/或表达应被理解为在所有情况下都由术语“约”修饰。
本公开包括如下示例。
示例1. 一种用于在单电感器多输出（SIMO）开关转换器（SIMO AC-AC转换器）中从交流（AC）电压源产生多个独立的AC电压的方法，包括：
从AC电压源提供电能；以及
使用包括仅一个电感器作为用于功率转换的能量存储元件的前级功率转换器和多个可选输出分支来产生多个AC输出，每个可选输出分支包括输出选择开关、谐振储能电路和发射器线圈，其中，所述谐振储能电路将输入AC功率变成用于向所述发射器线圈馈电的AC功率。
示例2. 根据示例1所述的方法，还包括：
由主开关在非连续电流模式（DCM）下控制所述前级功率转换器的电感器电流，以提供用于所述输出选择开关的软开关条件，并减少对所述多个可选输出分支的控制中的交叉干扰。
示例3. 根据示例2所述的方法，还包括：
通过控制所述输出选择开关将电感器电流脉冲引导到所述多个可选输出分支。
示例4. 根据示例1所述的方法，还包括：
以在任何时刻导通不多于一个输出选择开关并且将输入电感器电流依次递送到所述可选输出分支以提供用于所述可选输出分支的电功率的方式控制所述输出选择开关。
示例5. 根据示例1所述的方法，还包括：
以作为所述谐振储能电路的谐振频率的整数倍的开关频率来操作所述前级功率转换器的主开关。
虽然本发明关于某些实施例进行了说明，但是应当理解，在阅读了本说明书之后，其各种修改对于本领域技术人员而言将变得显而易见。因此，应当理解，本文公开的发明旨在覆盖落入所附权利要求范围内的这样的修改。

Claims (15)

1.一种用于单电感器多输出开关转换器的系统，所述系统从交流AC电压源产生多个独立的AC电压，包括：
用于提供电能的AC电压源；
前级功率转换器，包括仅一个电感器作为用于功率转换的能量存储元件；以及
多个可选输出分支，每个可选输出分支包括输出选择开关、谐振储能电路和发射器线圈，其中，所述谐振储能电路将输入AC功率变成用于向所述发射器线圈馈电的AC功率。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述前级功率转换器包括开关模式功率电子电路。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述开关模式功率电子电路包括降压功率转换器、升压功率转换器、降压-升压功率转换器、或其衍生物中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述谐振储能电路由并联连接的电感器和电容器构成，并且跨所述电容器的AC电压被馈送到所述发射器线圈。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述前级功率转换器的电感器电流由主开关在非连续电流模式DCM下控制，以提供用于所述输出选择开关的软开关条件，并减少对所述多个可选输出分支的控制中的交叉干扰。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，通过控制所述输出选择开关将电感器电流脉冲引导到所述多个可选输出分支。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述输出选择开关以在任何时刻导通不多于一个输出选择开关并且将输入电感器电流依次递送到所述可选输出分支以提供用于所述可选输出分支的电功率的方式被控制。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述输出选择开关以在任何时刻导通不多于一个输出选择开关并且将输入电感器电流依次递送到所述可选输出分支以提供用于所述可选输出分支的电功率的方式被控制。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述前级功率转换器的主开关的开关频率是所述谐振储能电路的谐振频率的整数倍。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发射器线圈为一个或多个负载提供无线功率，所述一个或多个负载具有在所述谐振储能电路的谐振频率下调谐的接收器线圈。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述负载包括具有兼容接收器线圈的便携式电子产品。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述负载包括用于感应烹饪的加热器具。
13.根据权利要求10所述的系统，其中，所述负载包括包含电动机的家用电器。
14.根据权利要求10所述的系统，其中，所述负载包括风扇、灯或真空吸尘器中的至少一个。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发射器线圈的电感大于谐振器电感器的电感，使得当所述发射器线圈被加载时，所述谐振储能电路的谐振频率不会改变超过某一小阈值。
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