TW202312647A - 用於電壓調節器之多級磁滯電壓控制器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示針對級聯多級電壓調節器施行多級磁滯電壓控制方法的系統及方法，該級聯多級電壓調節器具有複數個串聯連接電力單元且具有任何正整數數目個輸出電壓位準，以控制該電壓調節器之負載上之任何單極電壓且將電力自一電網經由AC/DC轉換器或直接自該等電力單元之能量儲存元件轉移至彼負載。本發明揭示一多級電壓調節器之該等電力單元之一操作旋轉方法，該方法確保在該等電力單元當中進行平等電力共用且對該調節器之該等電力單元之該等能量儲存元件進行電壓平衡。

Description

用於電壓調節器之多級磁滯電壓控制器及其控制方法
本發明係關於電力電子電路，且更特定而言係關於用於電壓調節器之多級磁滯電壓控制器及其控制方法。
電壓調節器已被廣泛用於廣播、醫療、工業及研究應用。最常見之電壓調節技術包含脈衝步進調節、粗略步進調節、脈衝寬度調節及上述各項之混合修改形式。
此等常見調節技術有諸多缺點。舉例而言，此等常見調節技術係線性方法，其在一控制系統中需要具有一額外前饋迴路之一比例積分(PI)控制器以在每一離散化步驟處估計一調節指數或任務循環。另外，由於DC鏈路電壓不平衡、被動元件參數變化及串聯模組之任務循環出現偏差，此等常見調節技術通常會發生輸出電壓之低頻率脈動。最近，在此等常見調節技術中，PI控制器參數與負載參數之間存在一強相關性。因此，若負載特性在一寬範圍內迅速地改變，則PI控制器不能在瞬變週期中足夠高效且快速地操作以將一控制誤差最小化。
磁滯係以下一種現象：其中一實體系統對一外部影響之回應不僅取決於彼影響之量值而且取決於系統先前歷史。以數學方式表達，對外部影響之回應係一雙值函數；在影響增大時應用一個值，而在影響減小時應用另一值。
在現有控制技術中，非線性磁滯頻帶電壓控制仍係最簡單且最快速之方法。除了一電壓控制迴路之一快速回應之外，非線性磁滯頻帶電壓控制方法並不需要任何負載參數變化知識。然而，隨著串聯連接電力單元數目不斷增大，針對電壓調節器之磁滯電壓控制技術變得愈加複雜。
鑒於上述限制，期望為具有任何數目個串聯連接電力單元之電壓調節器提供一多級磁滯電壓控制器(MHVC)，同時在一寬負載參數波動範圍中提供極其準確之電壓調變。
本發明之實施例係關於針對級聯多級電壓調節器施行簡單且有效多級磁滯電壓控制方法的系統及方法。在實施例中，一級聯多級調節器包括複數個串聯連接電力單元且具有任何正整數數目個輸出電壓位準以，快速、有效且準確地控制電壓調節器之負載上之任何單極電壓，且將電力自一電網經由AC/DC轉換器或直接自電力單元之能量儲存元件轉移至彼負載。實施例亦係關於一多級電壓調節器之電力單元之一操作旋轉方法，其確保在電力單元當中進行平等電力共用且對調節器之電力單元之能量儲存元件進行電壓平衡。
本文中所呈現之實施例可有利地用於其中採用電壓調變型調節器之各種應用中。此等應用之實例可包含但不限於電力電子電路，該電力電子電路包括：用於托卡馬克及場反轉組態(FRC)電漿反應器之電極加偏壓電源供應器；用於中性束注入器之電源供應器；磁控管調節器；調速管調節器；電子槍調節器；高功率X射線電源供應器；中波傳輸器及長波傳輸器；及短波固態傳輸器。
在審查下圖及詳細說明之後，熟習此項技術者旋即將明瞭或將變得明瞭實例性實施例之其他系統、方法、特徵及優勢。
詳細地闡述以下實施例以使得熟習此項技術者能夠形成且使用本發明之各種實施例。應理解，基於本發明將明白其他實施例，且可在不背離本發明之範疇之情況下做出系統、程序或改變。
在以下說明中，給出眾多具體細節以提供對本發明之一透徹理解。然而，將明瞭，可在不具有此等具體細節之情況下實踐本發明。為了更加清晰，可不詳細地闡述某些眾所周知之電路、系統組態及處理步驟。
展示本發明實施例之圖式係半圖解性的，並不成比例，且特定而言某些尺寸係出於清晰呈現之目的且在各圖式圖中被放大展示。
本發明之實施例係關於針對級聯多級電壓調節器施行簡單且有效多級磁滯電壓控制方法的系統及方法。在實施例中，一級聯多級調節器包括複數個串聯連接電力單元且具有任何正整數數目個輸出電壓位準，以快速、有效且準確地控制電壓調節器之負載上之任何單極電壓，且將電力自一電網經由AC/DC轉換器或直接自電力單元之能量儲存元件傳送至彼負載。實施例亦關於一多級電壓調節器之電力單元之操作旋轉之一方法，該方法確保在電力單元當中進行平等電力共用且對調節器之電力單元之能量儲存元件進行電壓平衡。
在實施例中，一例示性多級磁滯電壓控制器(MHVC)具有一穩健結構，其沒有上述缺點且除了一電壓磁滯迴路之外並無任何額外調變迴路。MHVC以一自動化方式動態地調整電壓調節器之所有電力單元之輸出電壓以將輸出電壓調變誤差維持在一最小預設值，從而在輸出電壓振盪時排除被動組件參數變化及控制信號傳播延遲之一影響。MHVC執行三個主要且互連任務：1)將一電壓調節器之輸出電壓維持在預設調變誤差界限內；2)在任何時刻識別適當輸出電壓位準；及3)使電力單元旋轉。
實施例係關於一快速MHVC設計，其可實現於任何FPGA或類似設計組件上且可以一高時脈速率(數十兆赫)操作。該設計包括一磁滯區塊、本文中所闡述之一電壓位準估計器及本文中所闡述之一切換型樣產生器。
圖1圖解說明根據本發明之實施例之一多級電壓調節器(電壓調節器) 100之一示意圖。一多級電壓調節器100在一較低電壓側上連接至一個三相電網101，且在較高電壓側上連接至一負載102，且連接至具有一MHVC之一控制系統105。可使用軟體型或硬體型處理器實施控制系統105之功能，軟體型或硬體型處理器包含軟體常式、硬體組件或上述各項之組合。
例示性多級電壓調節器100包括N個串聯連接單元103A至103N，其中每一單元103A至103N包括：隔離變壓器(V SECN) 106A至106N之一次級繞組，隔離變壓器(V SECN) 106A至106N連接至一個三相二極體電橋(DB N) 107A至107N；一電容性儲存元件(C DCN) 108A至108N，其位於DB N107A至107N之一DC側 (DC鏈路)上；及一標準降壓轉換器，其具有一主動雙向開關(S N) 109A至109N (例如 ，針對高電壓調節器，S N可包含具有空轉二極體之IGBT，而針對較低電壓調節器，S N可包含低電壓MOSFET)；及一個二極體(D N) 110A至110N。應瞭解，N係一正整數。每一單元103A至103N亦可在其輸出處配備有一選用LCR濾波器(L FN、C FN、R FN) 111A至111N，且電壓調節器100亦可在其輸出處配備有一選用CR濾波器(C FO、R FO) 113。在最大負載電壓位準下藉助一個三相多繞組變壓器(V SECN) 106A至106N將所有電力單元103A至103N之DC鏈路彼此隔離。
假定電壓調節器100在連續模式中操作，從而將能量自三相電網101轉移至負載102。若儲存元件108A至108N上之電壓在一操作時間期間未顯著減小，則亦可使用單元103A至103N之儲存元件( 例如，電容器、超級電容器、電池) 108A至108N中所累積之能量來使與電網101完全斷開連接之電壓調節器100操作達一特定時間週期，以便維持負載102上之一所要輸出電壓。
電壓調節器100之電壓調節器100電力單元103A至103N之每一DC鏈路電壓可被視為具有一固定量值(VC DCN)之一DC電壓源，根據特定實施例，該固定量值實際上可係大約12至1200伏特。跨越串聯連接電力單元103A至103N ( 亦即，端子OUT+ 104A與OUT- 104B之間)之總電壓取決於藉由閉合相關聯開關S 1109A至S N109N而接通之單元的數目。舉例而言，若所有開關S 1109A至S N109N同時被閉合，則具有電壓V DC1至V DCN之所有DC鏈路儲存元件( 例如，電容器)被串聯連接在一起且相加在一起(亦即，求和)以提供等於電壓V DC1至V DCN之N倍之一輸出電壓。若每一DC鏈路電壓源V DC1至V DCN具有大約800伏特之一值且N係大約20，則電壓調節器100之總輸出電壓可係大約16,000伏特。
若電力單元103N中之開關S N109N係斷開的(亦即，不處於傳導模式中)，則此特定單元被「繞過」且其輸出電壓係零。因此，可藉由接通單元及關斷單元之數目來合成及調節電壓調節器100之輸出電壓。
參考圖1，相比之下，在標準脈衝步進調節(PSM)技術中，若在一電壓調節器中存在N個串聯電力單元且每一單元具有一換向週期T(s)，則CELL 1之開關S1將在時間t1處被接通，但CELL 2之開關S2比第一開關晩T/n (s)被接通，第三開關(S3)比第二開關(S2)晩2T/n(s)被接通，等等。此PSM旋轉方法確保電壓調節器之輸出處漣波係極低的，此乃因漣波之振幅與電壓調節器輸出電壓之AC分量之頻率f AC成反比。在相同固定切換頻率f SW下切換所有電力單元，則f AC=N*f SW。
使用PSM進行之輸出電壓調變係經由線性調變概念(PI、前饋或PI與前饋之組合)執行，線性調變概念係藉由計算必須接通之電力單元之所需數目(粗略步進調節)及/或調變任務循環D (脈衝寬度調節)，若所有電力單元之被動組件(C DC、L F、R F、C F)完全相同，雜散電容以及控制信號之傳播延遲相同，則所有電力單元之任務循環D必須相同。然而事實上，所有被動組件始終具有一微小參數變化，且電力單元之控制信號傳播延遲並非始終相同。因此，必須以一不同所需任務循環D N接通每一電力單元，在基於PSM之控制系統中必須藉由額外調變迴路使用一DC鏈路電壓回饋信號來校正該任務循環D N。此外，可必須對接通時間t1、t2…tN進行額外調整以消除電壓調節器輸出電壓之低頻率振盪。
如上文所論述，本文中之實施例係關於具有一穩健結構之一多級磁滯電壓控制器(MHVC)，其沒有上述缺點且除了一單個電壓磁滯迴路之外不具有任何額外調變迴路。MHVC以一自動化方式動態地調整電壓調節器100之所有電力單元103A至103N之輸出電壓以將輸出電壓調變誤差維持在一最小預設值，從而在輸出電壓振盪時排除被動組件參數變化及控制信號傳播延遲之一影響。
圖2圖解說明根據本發明之實施例之控制系統105 (參見圖1)之一例示性多級磁滯電壓控制器200。一例示性多級磁滯電壓控制器200包括：一低通濾波器(LP-filter) Filter1 201、一求和區塊Sum1 202、一磁滯區塊Hyst1 203、一電壓位準估計器204及一切換型樣產生器205。來自一電壓感測器VS 112 (參見圖1)之一真實回饋電壓信號V REAL穿過一低通濾波器Filter1 201而到達求和區塊Sum1 202之一負輸入，在求和區塊Sum1 202之該負輸入處將信號V REAL自參考電壓V REF被減去以產生一電壓誤差信號∆V來作為其差。將電壓誤差信號∆V輸入至磁滯區塊Hyst1 203中，磁滯區塊Hyst1 203具有對高界限(HB)臨限值及低界限(LB)臨限值之設定。當∆V達到磁滯區塊Hyst1 203之高界限(HB)時，磁滯區塊Hyst1 203之輸出值被設定為「1」且保持在此位準處直至∆V跨越磁滯區塊Hyst1 203之低界限(LB)為止。當∆V跨越磁滯區塊Hyst1 203之低界限(LB)時，磁滯區塊Hyst1 203之輸出值被設定為「0」且將該輸出維持在此位準處直至∆V再次達到HB為止。
圖3圖解說明根據本發明之實施例之一例示性電壓位準估計器204。圖4A至圖4D圖解說明根據本發明之實施例之例示性電壓位準估計器204之例示性操作。
電壓位準估計器204與磁滯區塊Hyst1 203並行操作。電壓位準估計器204自求和區塊Sum1 202之輸出接收相同HB及LB設定信號以及∆V。例示性電壓位準估計器204包括：由一時脈產生器Clock 210形成之一時脈計數電路、一邏輯開關Switch1 211及一可重設計數器Counter1 212。例示性電壓位準估計器204進一步包括一位準遞減電路220，位準遞減電路220包括一邏輯元件AND1 221、一上升邊緣偵測器Rising Edge 2 222及一自運行計數器Counter2 223。例示性電壓位準估計器204進一步包括一位準遞增電路230，位準遞增電路230具有一邏輯元件AND2 231、一上升邊緣偵測器Rising Edge 3 232及一自運行計數器Counter 3 233。例示性電壓位準估計器204進一步包括用於Counter1 212之一啟用與重設電路240，啟用與重設電路240由一邏輯元件XOR1 241、一上升邊緣偵測器Rising Edge 1 242及一邏輯元件OR1 243構成。例示性電壓位準估計器204進一步包括一求和區塊Sum1 250。
當時脈信號通過Switch1 211之上部輸入通道時(在一真信號在其中間輸入通道上之情形中)，啟用區塊Counter1 212，且區塊Counter1 212在以下情形中之任一者中開始對由Clock 210產生之時脈循環之一數目進行計數：在Comp1 213之輸出為真，亦即信號∆V低於低界限磁滯臨限值LB (∆V ＜ LB)之情況下。圖4A至圖4D中圖解說明此情形，其中在點C2處，信號∆V變得低於LB且Counter1 212開始將一計數遞增直至∆V返回至點D2處之磁滯界限為止，且Comp1 213之輸出信號變為假；在Comp2 214之輸出為真，亦即信號∆ V高於高界限磁滯臨限值HB (∆ V＞ HB)之情況下。圖4A至圖4D中圖解說明此情形，其中在點B1處，信號∆V變得高於HB且Counter1 212開始將一計數遞增直至∆V返回至點C1處之磁滯界限為止，且Comp2 214之輸出信號變為假。
區塊Counter2 223將其輸出計數信號遞增，輸出計數信號被施加至求和區塊Sum1 250之負輸入，從而在以下兩種情形同時皆為真之情況下，在電壓位準估計器204之輸出處將Levels之一數目遞減：在Comp1 213之輸出為真，亦即信號∆V低於低界限磁滯臨限值LB (∆V ＜ LB)之情況下；在Counter1 212之輸出計數信號之值高於一時間常數預設值(在若干循環中)之情況下。
若上述兩個條件皆被滿足，則AND1 221之輸出變為真且此事實被區塊Rising Edge 2 222偵測到，區塊Rising Edge 2 222產生一個時脈循環持續時間之一脈衝，且區塊Counter2 223遞增且保存其輸出計數，該輸出計數在Sum1 250之輸出處遞減一值(電壓位準估計器204之輸出處之信號Levels)。
若以下兩種情形同時皆為真，則區塊Counter3 233將其輸出計數信號遞增，該輸出計數信號被施加至求和區塊Sum1 250之正輸入，從而在電壓位準估計器204之輸出處將若干個位準遞增：在Comp2 214之輸出為真，亦即信號∆V高於高界限磁滯臨限值HB (∆V ＞ HB)之情況下；在Counter1 212之輸出計數信號之值高於一時間常數預設值(在若干循環中)。
若上述兩個皆被滿足，則AND2 231之輸出變為真且此事實被區塊Rising Edge 3 232偵測到，區塊Rising Edge 3 232產生時脈循環持續時間之一脈衝，且區塊Counter3 233遞增且保存其輸出計數，該輸出計數在Sum1 250之輸出處遞增一值(電壓位準估計器204之輸出處之信號Levels)。
圖4A至圖4D中圖解說明位準信號(Counter3 233之增量)之此遞增情形，其中當Counter1 212之輸出計數信號高於在500個時脈循環處預設之一時間常數值時，點A2滿足兩個上述條件中之第一者且點B2對應於第二條件。
存在用以重設Counter1 212之三種真條件，如自圖3可見。若區塊Rising Edge 1 242、Rising Edge 2 222及Rising Edge 3 232之輸出信號中之一者為真，則區塊OR1 243之輸出亦為真，此實際上重設Counter1。
圖5圖解說明根據本發明之實施例之一例示性切換型樣產生器205。例示性切換型樣產生器達成電壓調節器100之電力單元103A至103N之一操作任務之一獨特旋轉方法，此確保在電力單元103A至103N當中自動共用電力且調整每一電力單元103A至103N之換向之任務循環及相移。
在實施例中，例示性切換型樣產生器205包括具有一重設信號之一可重設Counter4 260，從而基於比較器區塊Comp4 261而形成一電路。例示性切換型樣產生器205進一步包括具有N個輸入信號之一多工器Switch1 262，該N個輸入信號具有自1至N之常數值，其中N係電壓調節器100之電力單元之一數目。例示性切換型樣產生器205進一步包括具有N+1個輸入信號之一多工器Switch1 262，其中每一輸入信號表示為一切換狀態陣列且其中之N-1者(1VDC旋轉、2VDC旋轉… (N-1)VDC旋轉)係動態陣列且僅兩個陣列OVDC及NVDC係靜態的且具有常數值。例示性切換型樣產生器205自電壓位準估計器204接收信號Levels且自磁滯區塊Hyst1 203接收信號State。切換型樣產生器205之輸出信號係去往電壓調節器100之所有N個切換元件(該IGBT)之N個切換命令。
圖7A至圖7D圖解說明根據本發明之實施例之例示性切換型樣產生器205之例示性操作。例示性切換型樣產生器實施於由七個電力單元組成之一個七級電壓調節器中，圖7A至圖7D中繪示例示性切換型樣產生器之操作。
Counter4 260在信號State之每一上升邊緣處(參見圖7A至圖7D)將其輸出值遞增至值N，此將Comp4 261之輸出設定為真且重設Counter4 260。Counter4 260之此輸出信號在每次計數時在、多工器Switch1 262之對應輸入處選擇一常數值且將該常數值重新引導至多工器Switch1 262之輸出，從而形成信號Cell_rot，圖7A至圖7D中呈現Cell_rot。因此，在信號State之每一上升邊緣處，以一遞減量1自N至1重複地改變信號Cell_rot。
來自電壓位準估計器204之信號Levels通過求和區塊Sum2 263，其中信號Levels遞增1，且去往多工器區塊Switch 2 264之控制輸入。此多工器將在所有切換信號皆為假(在電壓調節器100之輸出處，係零伏特)時與來自0VDC之輸出電壓位準對應之N+1個切換狀態陣列換向成在所有切換信號皆為真時與電壓調節器100之最大輸出電壓對應之NVDC位準。此等兩個電壓位準(最小輸出電壓位準及最大輸出電壓位準)係由電壓調節器100之切換狀態(信號)之靜態陣列(OVDC及NVDC，參見圖5)形成且不需要使電力單元旋轉。
圖6A至圖6E中呈現自1VDC旋轉至(N-1)DC旋轉之N-1個動態陣列區塊之功能圖。
圖6A圖解說明根據本發明之實施例之一例示性1VDC旋轉區塊265A。圖6B圖解說明根據本發明之實施例之一例示性2VDC旋轉區塊265B。圖6C圖解說明根據本發明之實施例之一例示性3VDC旋轉區塊265C。圖6D圖解說明根據本發明之實施例之一例示性4VDC旋轉區塊265D。圖6E圖解說明根據本發明之實施例之一例示性(N-1)VDC旋轉區塊265E。
圖6A至圖6E中所繪示之區塊265A至265E中之每一者包括具有一控制輸入且具有N個經換向輸入之一多工器，該控制輸入自區塊Switch 2 264接收一信號Cell_rot。圖6A至圖6E中所繪示之區塊265A至265E中之每一者進一步包括N個靜態陣列，該等靜態陣列含有用於使電壓調節器100之電力單元103A至103N正確旋轉之特定切換狀態。
若信號Levels僅取值0及1，從而在0VDC位準與1VDC位準之間對電壓調節器100之輸出電壓執行一調變，則操作涉及1VDC旋轉區塊265A及一靜態陣列OVDC。如自圖6A可見，區塊1VDC旋轉的自1VDC1至1VDCN之N個靜態陣列中之每一者僅具有一個高(真)切換狀態，該高切換狀態在陣列中之位置取決於信號Cell_rot之一值。舉例而言，若Cell_rot=1，則僅操作第一電力單元103A從而將其儲存元件之一電壓經由斷開切換元件S 1109A (例如，一IGBT)提供至電壓調節器100之輸出，而繞過所有其他電力單元103B至103N。信號Cell_rot確保提供輸出電壓之1VDC位準時所涉及之電力單元之一旋轉，信號Cell_rot在信號State之每一上升邊緣處以一遞減量1自N至1重複地改變。
若信號位準僅取值1及2，從而在1VDC位準與2VDC位準之間對電壓調節器100之輸出電壓執行一調變，則1VDC旋轉區塊265A及2VDC旋轉區塊265B一起涉及於操作中。如自圖6B可見，2VDC旋轉區塊265B的自2VDC1至2VDCN之N個靜態陣列中之每一者具有兩個高(真)切換狀態，該兩個高切換狀態在陣列中之位置取決於信號Cell_rot之一值。舉例而言，若Levels = 2且Cell_rot=1，則操作第一電力單元103A及第二電力單元103B，從而將其儲存元件之電壓之一總和經由斷開切換元件S 1及S 2(109A及109B)提供至電壓調節器100電壓之輸出，而繞過所有其他電力單元103C至103N。當在信號State之每一上升邊緣處，信號Levels改變至1時，則僅一個電力單元仍連接至輸出且其數目將遞減1，此乃因信號Cell_rot亦隨著信號State之一上升邊緣而改變。在此情形中，不僅由信號Cell_rot而且由高(該真)切換狀態在1VDC旋轉區塊265A及2VDC旋轉區塊265B兩者之動態陣列中之分佈來確保在提供輸出電壓之1VDC位準及2VDC位準時所涉及之電力單元之一旋轉，信號Cell_rot在信號State之每一上升邊緣處以一遞減量1自N至1重複地改變。
圖8圖解說明根據本發明之實施例之一例示性七(7)級電壓調節器之例示性切換信號。圖8針對包括七個串聯連接電力單元之一七級電壓調節器之一情形提供切換型樣產生器205之操作之一實例。如自圖8可見，當電壓調節器100提供在5VDC位準與16VDC位準之間的一輸出電壓時，Levels信號首先自5改變至6，且當電壓調節器100在6VDC位準與7VDC位準之間調變其輸出電壓時，Levels信號自6切換至7。在兩種情形中，切換信號S 1至S 7(109A至109G)自彼此移位，從而確保在平等地分配所消耗電力之情況下使電力單元旋轉，且將輸出電壓之一輸出頻率設置為每一個別電力單元之切換頻率之七倍高。
圖9A至圖9C圖解說明根據本發明之實施例之例示性七(7)級電壓調節器之操作之模擬結果。圖10圖解說明根據本發明之實施例之例示性七(7)級電壓調節器之操作之模擬結果(經放大的軌跡)。七級電壓調節器包括七個串聯連接電力單元。參考輸出電壓V REF係振幅為3 kV且DC偏移為3.5 kV之一100 Hz正弦波形，因此一最大輸出電壓係6.5kV且最小值係0.5kV (圖9A至圖9C)。所提出多級磁滯電壓控制器以將一調變誤差∆V維持在預設值HB及LB (分別係30 V與-30 V，參見圖9A至圖9C及圖10A至圖10C)之界限中的一方式操作。∆V在位準過渡區中之一超越量取決於時間常數值且可藉由調整一時間常數值將該超越量進一步減小至特定位準。圖9A至圖9C及圖10A至圖10C中所呈現之信號Levels伴隨著參考電壓動態而增大及減小。將真實輸出電壓V REAL維持在大約V REF處，其中存在一調變誤差∆V。
圖11A至圖11C及圖12A至圖12C展示包括七個(7)串聯連接單元之一單相七(7)級調節器之實驗結果，其中電容性儲存元件位於圖1中所繪示之DC鏈路側上。七(7)級調節器與安裝於基於對撞束FRC之反應器之分流器中之作用電極協同操作。作用電極與電漿接觸且PSU在高達5 kV之一輸出電壓下將高達5 kA之電流提供至電漿。電漿參數在一電漿放電期間顯著且迅速地改變，且因此必需調變所需偏壓電壓且將其穩定在所要參考值處。
在圖11B中，參考電壓V REF及PSU V OUT之真實輸出電壓被展示為隨時間而變化。如可見，利用圖11A中所呈現之一電壓控制誤差信號來調變V OUT且將其穩定在大約V REF處，但不超出+/-100A之一預設值。圖11B中展示由電壓位準估計器區塊(204，參見圖2)計算之輸出電壓之所需位準數目。隨著電力單元之DC鏈路中之電容器組放電，其設置需要更多輸出電壓位準以維持3.5 kV之一恆定輸出電壓且因此所提出方法計算該輸出電壓位準。在脈衝結束時，所有電容器組被放電至該電壓，在該電壓處對所有8個位準之一設定不足以調變V OUT，此致使輸出電壓誤差信號增大。
圖12展示同一作用電極PSU在一個三角參考電壓V REF下操作之實驗結果，從而說明所提出電壓磁滯控制器在一快速改變dV/dt值下調變且穩定一電壓之一高動態能力。
本發明之實施例係關於可連接至一負載之一多級級聯電壓調節器。在實施例中，多級級聯電壓調節器包括：複數個串聯連接電力單元，其中該複數個單元中之每一單元包括一雙向開關及一儲存元件；及一控制系統，其耦合至該複數個單元且具有一多級磁滯電壓控制器。在實施例中，該控制系統經組態以致使該複數個單元在負載上輸出N個電壓位準，其中N係與該複數個電力單元之電力單元數目對應之一正整數。
在實施例中，該複數個單元中之每一單元包含一次級繞組隔離變壓器、耦合至該變壓器之一個三相二極體電橋以及儲存元件及一個二極體。
在實施例中，雙向開關係一IGBT或一MOSFET中之一者。
在實施例中，該複數個單元中之每一單元進一步在其輸出處包括一LCR濾波器。
在實施例中，該調節器進一步在該複數個單元之輸出處包括一CR濾波器。
在實施例中，該控制系統進一步經組態以致使電力自電力單元之能量儲存元件轉移至負載。
在實施例中，該控制系統進一步經組態以平衡儲存元件上之電壓。
在實施例中，該儲存元件係一電容器。
在實施例中，該控制系統包含耦合至一非暫時性記憶體之一或多個處理器，該非暫時性記憶體包括複數個指令，該複數個指令在被執行時致使該一或多個處理器控制負載上之一電壓位準。
在實施例中，該複數個指令在被執行時致使該一或多個處理器依據負載上之電壓位準、一參考電壓及等於負載上之電壓位準與參考電壓之間的差之一電壓誤差來控制調節器之一輸出電壓位準。
在實施例中，該複數個指令在被執行時致使該一或多個處理器：自一參考電壓信號V REF減去自一電壓感測器接收到之一真實回饋電壓信號V REAL；由一電壓位準估計器使用一磁滯區塊之一高界限(HB)臨限值、磁滯區塊之一低界限(LB)臨限值及電壓差信號∆V產生一所估計電壓位準信號Levels；及由一切換型樣產生器基於所估計電壓位準Levels及磁滯區塊之一狀態而產生複數個切換信號。
在實施例中，為了自一參考電壓信號V REF減去一真實回饋電壓信號V REAL，該複數個指令在被執行時致使該一或多個處理器將真實回饋電壓信號V REAL饋送至一低通濾波器輸入，將一低通濾波器輸出信號饋送至一第一求和區塊之一負輸入，將參考電壓信號V REF饋送至第一求和區塊之一正輸入，且在第一求和區塊之一輸出處產生一電壓差信號∆V。
在實施例中，當∆V達到磁滯區塊之高界限(HB)臨限值時，該複數個指令在被執行時致使該一或多個處理器將磁滯區塊之狀態設定為「1」。
在實施例中，當∆V達到磁滯區塊之低界限(LB)臨限值時，該複數個指令在被執行時致使該一或多個處理器將磁滯區塊之狀態設定為「0」。
在實施例中，為了產生所估計電壓位準Levels，該複數個指令在被執行時致使該一或多個處理器將一時脈信號施加至一時脈產生器，在以下條件中之一或多者為真時由一可重設計數器對由時脈產生器產生之時脈信號之一數目進行計數：∆V低於磁滯區塊之低界限(LB)臨限值；或∆V高於磁滯區塊之高界限(HB)臨限值。
在實施例中，該複數個指令在被執行時致使該一或多個處理器進一步藉由一自運行計數器將一自運行計數器輸出信號遞增，將自運行計數器輸出信號施加至一第二求和區塊，且在以下兩種情形同時皆為真時，在電壓位準估計器之一輸出處將Levels之一數目遞減：信號∆V低於低界限磁滯臨限值LB；且可重設計數器之一輸出計數信號之值高於一時間常數之一預設值。
在實施例中，當信號∆V低於低界限磁滯臨限值LB且可重設計數器之輸出計數信號之值高於一時間常數之預設值時，該複數個指令在被執行時致使該一或多個處理器將一位準遞減電路之一邏輯元件之輸出設定為真，利用一上升邊緣偵測器來偵測邏輯元件之輸出，且將自運行計數器遞增，且藉此在一求和區塊處將一輸出位準遞減。
在實施例中，多級磁滯電壓控制器包括：一低通濾波器，其具有一低通濾波器輸入及一低通濾波器輸出；一第一求和區塊，其具有一正輸入及一負輸入，一磁滯區塊，其具有一高界限(HB)臨限值及一低界限(LB)臨限值；一電壓位準估計器，其具有複數個電壓位準估計器輸入及一電壓位準輸出信號Levels；及一切換型樣產生器，其具有複數個切換型樣產生器輸入及複數個切換型樣產生器輸出。
在實施例中，切換型樣產生器包括一比較器區塊、一可重設計數器、具有第一複數個輸入信號之一第一多工器及具有第二複數個輸入信號之一第二多工器。
在實施例中，該第二複數個輸入信號中之每一輸入信號表示切換狀態之一陣列，該等切換狀態各自與一電壓調節器之複數個輸出位準中之一者對應。
在實施例中，該複數個輸出位準介於自在所有切換信號皆為假時之0VDC至在所有切換信號皆為真時之一最大輸出電壓之範圍內。
在實施例中，電壓位準估計器包括一時脈計數電路、一位準遞減電路、用於可重設計數器之一啟用與重設電路及一第二求和區塊。
在實施例中，時脈計數電路包括一時脈產生器、一邏輯開關及一可重設計數器。
在實施例中，位準遞減電路包括一第一邏輯元件、一上升邊緣偵測器及一自運行計數器。
在實施例中，啟用與重設電路包括一第二邏輯元件、一上升邊緣偵測器及一第三邏輯元件。
在實施例中，第一邏輯元件係一AND閘，第二邏輯元件係一XOR閘，且第三邏輯元件係一OR閘。
在實施例中，當∆V達到磁滯區塊之高界限(HB)臨限值時，將磁滯區塊之狀態設定為「1」。
在實施例中，當∆V達到磁滯區塊之低界限(LB)臨限值時，將磁滯區塊之狀態設定為「0」。
在實施例中，負載位於一電力電子電路中，該電力電子電路位於以下各項中之一或多者中：用於一托卡馬克(Tokamak)電漿反應器之一電極加偏壓電源供應器、用於一FRC電漿反應器之一電極加偏壓電源供應器、用於一中性束注入器之一電源供應器、一磁控管調節器、一調速管調節器、一電子槍調節器、一高功率X射線電源供應器、一中波傳輸器、一長波傳輸器及一短波固態傳輸器。
本發明之實施例係關於可連接至一負載之一多級磁滯電壓控制器。在實施例中，多級磁滯電壓控制器(MHVC)包括：一低通濾波器，其具有一低通濾波器輸入及一低通濾波器輸出；一第一求和區塊，其具有一正輸入及一負輸入；一磁滯區塊，其具有一高界限(HB)臨限值及一低界限(LB)臨限值；一電壓位準估計器，其具有複數個電壓位準估計器輸入及一電壓位準輸出信號Levels；及一切換型樣產生器，其具有複數個切換型樣產生器輸入及複數個切換型樣產生器輸出。
在實施例中，切換型樣產生器包括一比較器區塊、一可重設計數器、具有第一複數個輸入信號之一第一多工器及具有第二複數個輸入信號之一第二多工器。
在實施例中，該第二複數個輸入信號中之每一輸入信號表示切換狀態之一陣列，該等切換狀態各自與一電壓調節器之該複數個輸出位準中之一者對應。
在實施例中，該複數個輸出位準介於自在所有切換信號皆為假時之0VDC至在所有切換信號皆為真時之一最大輸出電壓之範圍內。
在實施例中，電壓位準估計器包括一時脈計數電路、一位準遞減電路、用於可重設計數器之一啟用與重設電路及一第二求和區塊。
在實施例中，時脈計數電路包括一時脈產生器、一邏輯開關及一可重設計數器。
在實施例中，位準遞減電路包括一第一邏輯元件、一上升邊緣偵測器及一自運行計數器。
在實施例中，啟用與重設電路包括一第二邏輯元件、一上升邊緣偵測器及一第三邏輯元件。
在實施例中，第一邏輯元件係一AND閘，邏輯第二元件係一XOR閘，且第三邏輯元件係一OR閘。
在實施例中，當∆V達到磁滯區塊之高界限(HB)臨限值時，將磁滯區塊之狀態設定為「1」。
在實施例中，當∆V達到磁滯區塊之低界限(LB)臨限值時，將磁滯區塊之狀態設定為「0」。
在實施例中，負載位於一電力電子電路中，電力電子電路位於以下各項中之一或多者中：用於一托卡馬克電漿反應器之一電極加偏壓電源供應器、用於一FRC電漿反應器之一電極加偏壓電源供應器、用於一中性束注入器之一電源供應器、一中性束注入器調節器、一調速管調節器、一電子槍調節器、一高功率X射線電源供應器、一中波傳輸器、一長波傳輸器及一短波固態傳輸器。
本發明之實施例係關於一種使用一多級磁滯電壓控制器來控制供應至一負載之一電壓之方法。在實施例中，該方法包括自一電壓感測器接收一真實回饋電壓信號V REAL。在實施例中，該方法進一步包括藉由以下步驟自一參考電壓信號V REF減去該真實回饋電壓信號V REAL：將該真實回饋電壓信號V REAL饋送至一低通濾波器輸入，將一低通濾波器輸出信號饋送至一第一求和區塊之一負輸入，將參考電壓信號V REF饋送至求和區塊之一正輸入，且在第一求和區塊之一輸出處產生一電壓差信號∆V。
在實施例中，該方法進一步包括由一電壓位準估計器使用一磁滯區塊之一高界限(HB)臨限值、磁滯區塊之一低界限(LB)臨限值及電壓差信號∆V來產生一所估計電壓位準信號Levels。在實施例中，該方法進一步包括由一切換型樣產生器基於所估計電壓位準Levels及磁滯區塊之一狀態而產生複數個切換信號。
在實施例中，當∆V達到磁滯區塊之高界限(HB)臨限值時，將磁滯區塊之狀態設定為「1」。
在實施例中，當∆V達到磁滯區塊之低界限(LB)臨限值時，將磁滯區塊之狀態設定為「0」。
在實施例中，電壓位準估計器藉由以下步驟產生所估計電壓位準Levels：將一時脈信號施加至一時脈產生器；在以下條件中之一或多者為真時由一可重設計數器對由時脈產生器產生之時脈信號之一數目進行計數：∆V低於磁滯區塊之低界限(LB)臨限值，或∆V高於磁滯區塊之高界限(HB)臨限值；藉由一自運行計數器將一自運行計數器輸出信號遞增；將自運行計數器輸出信號施加至一求和區塊；及當以下兩種情形同時皆為真時，在電壓位準估計器之一輸出處將Levels之一數目遞減：信號∆V低於低界限磁滯臨限值LB，且可重設計數器之一輸出計數信號之值高於一時間常數之一預設值。
在實施例中，當信號∆V低於低界限磁滯臨限值LB且可重設計數器之輸出計數信號之值高於一時間常數之預設值時，一位準遞減電路之一第一邏輯元件輸出變為真；一上升邊緣偵測器偵測第一邏輯元件輸出；且將自運行計數器遞增，藉此在一求和區塊處將一輸出位準遞減。
本發明之控制系統及控制器之處理器可經組態以執行本發明中所闡述之計算及分析且可包含或以通信方式耦合至一或多個記憶體，該一或多個記憶體包含非暫時性電腦可讀媒體。該等處理器可包含一基於處理器或基於微處理器之系統，該基於處理器或基於微處理器之系統包含使用微控制器、精簡指令集電腦(RISC)、特殊應用積體電路(ASIC)、邏輯電路及能夠執行本文中所闡述之功能之任何其他電路或處理器的系統。上述實例僅具例示性，且因此絕不意欲限制術語「處理器」或「電腦」之定義及意義。
可使用軟體常式、硬體組件或上述了聯想之組合來實施處理器之功能。可使用各種技術(舉例而言，包含積體電路或離散電子組件)來實施硬體組件。處理器單元通常包含一可讀取/可寫入記憶體儲存裝置且通常亦包含用以對記憶體儲存裝置進行寫入及/或讀取之硬體及/或軟體。
處理器可包含一計算裝置、一輸入裝置、一顯示器單元及(舉例而言)用於接入網際網路之一介面。電腦或處理器可包含一微處理器。微處理器可連接至一通信匯流排。電腦或處理器亦可包含一記憶體。記憶體可包含隨機存取記憶體(RAM)唯讀記憶體(ROM)。電腦或處理器亦可包含一儲存裝置，該儲存裝置可係一硬式磁碟機或一可抽換儲存磁碟機，諸如一光碟機等。儲存裝置亦可係用於將電腦程式或其他指令載入至電腦或處理器中之其他類似構件。
處理器執行儲存於一或多個儲存元件中之一指令集以便處理輸入資料。儲存元件亦可視期望或視需要儲存資料或其他資訊。儲存元件可呈一資訊源形式或一處理機器內之一實體記憶體元件形式。
指令集可包含各種命令，該等命令指示作為一處理機器之處理器執行特定操作，諸如本文中所闡述之標的物之各種實施例之方法及程序。指令可呈一軟體程式形式。軟體可呈各種形式，諸如系統軟體或應用程式軟體。此外，軟體可呈一組單獨程式或模組、一較大程式內之一程式模組或一程式模組之一部分之一形式。軟體亦可包含呈物件導向程式之模組化程式。由處理機器處理輸入資料可係回應於使用者命令或回應於先前處理之結果或回應於另一處理機器所提出之一請求。
如本文中所使用，術語「軟體」及「韌體」可係可互換的，且包含儲存於記憶體中以由一電腦執行之任何電腦程式，該記憶體包含RAM記憶體、ROM記憶體、EEPROM記憶體及非揮發性RAM (NVRAM)記憶體。上述記憶體類型僅具例示性，且因此並不限制於可用於儲存一電腦程式之記憶體類型。
關於本文中所提供之任何實施例所闡述之所有特徵、元件、組件、功能及步驟意欲可自由組合且可由諸多其他實施例之特徵、元件、組件、功能及步驟替代。若僅關於一項實施例闡述一特定特徵、元件、組件、功能或步驟，則應理解彼特徵、元件、組件、功能或步驟可用於本文中所闡述之每一其他實施例，除非另有明確陳述。因此，此段落在任何時間處用作申請專利範圍引言之前置基礎及書面支援，其組合來自不同實施例之特徵、元件、組件、功能及步驟，或利用一項實施例之特徵、元件、組件、功能及步驟來替代來自另一實施例之特徵、元件、組件、功能及步驟，即使以下說明並未在一特定例項中明確陳述，但此等組合或替代係可能的。明確引用每一可能組合及替代過於累贅，尤其係鑒於熟習此項技術者在閱讀此說明之後旋即將容易地辨別每一此等組合及替代之容許度。
在諸多例項中，實體在本文中被闡述為耦合至其他實體。應理解，術語「耦合」及「連接」或其任何形式在本文中可互換使用，且兩種情形中，一般係兩個實體在無任何不可忽視(例如，寄生性介入)實體之情況下的直接耦合以及兩個實體依靠一或多個不可忽視介入實體的間接耦合。在實體被展示為直接耦合在一起或被闡述為耦合在一起而無對任何介入實體之說明的情況下，應理解彼等實體亦可間接耦合在一起，除非內容脈絡另有明確說明。
雖然易於對實施例做出各種修改及替代形式，但其具體實例在圖式中已展示且在本文中詳細地闡述。然而，應理解，此等實施例並不限於所揭示之特定形式，而是相反，此等實施例將涵蓋在本發明之精神內之所有修改、等效形式及替代形式。此外，實施例之任何特徵、功能、步驟或元件可被引用於或添加至申請專利範圍中，且藉由特徵、功能、步驟或元件界定申請專利範圍之發明性範疇的負面限制並不在彼範疇內。
100:多級電壓調節器/電壓調節器 101:三相電網/電網 102:負載 103A至103N:單元/電力單元 104A:端子 104B:端子 105:控制系統 106A至106N:隔離變壓器/三相多繞組變壓器 107A至107N:三相二極體電橋 108A至108N:電容性儲存元件/儲存元件 109A至109N:主動雙向開關/開關/切換元件 110A至110N:二極體 111A至111N:選用LCR濾波器 112:電壓感測器 113:選用CR濾波器 200:多級磁滯電壓控制器 201:低通濾波器 202:求和區塊 203:磁滯區塊 204:電壓位準估計器/電壓位準估計器區塊 205:切換型樣產生器 210:時脈產生器 220:位準遞減電路 221:邏輯元件 222:上升邊緣偵測器/區塊 223:自運行計數器/區塊 230:位準遞增電路 231:邏輯元件 232:上升邊緣偵測器/區塊 233:自運行計數器/區塊 240:啟用與重設電路 241:邏輯元件 242:上升邊緣偵測器/區塊 243:邏輯元件/區塊 250:求和區塊 263:多工器 264:多工器區塊/區塊 265A至265E:VDC旋轉區塊/區塊 A2:點 AND1:邏輯元件 AND2:邏輯元件 B1:點 B2:點 C1:點 C2:點 Cell_rot:信號 C DCN:電容性儲存元件 C FN:選用LCR濾波器 C FO:選用CR濾波器 Clock:時脈產生器 Comp4:比較器區塊 Counter1:可重設計數器/區塊 Counter2:自運行計數器/區塊 Counter3:區塊 D N:任務循環 DB N:三相二極體電橋 Filter1:低通濾波器 HB:高界限磁滯臨限值/預設值 Hyst1:磁滯區塊 LB:低界限磁滯臨限值/預設值 Levels:信號/所估計電壓位準信號/所估計電壓位準/電壓位準輸出信號 L FN:選用LCR濾波器 OR1:區塊/邏輯元件 OUT+:端子 OUT-:端子 R FN:選用LCR濾波器 Rising Edge1至Rising Edge3:上升邊緣偵測器/區塊 R FO:選用CR濾波器 S 1至S N:開關/切換元件/切換信號 State:信號 Sum1:求和區塊 Sum2:求和區塊 Switch1:邏輯開關/多工器 V REAL:真實回饋電壓信號/信號/真實輸出電壓 V REF:參考電壓/參考輸出電壓/參考輸出電壓 VS:電壓感測器 V SECN:三相多繞組變壓器/隔離變壓器 XOR1:邏輯元件 ΔV:電壓誤差信號/信號/調變誤差/電壓差信號
可藉由研究附圖而部分地明瞭包含結構及操作之實例性實施例之細節，在附圖中相似元件符號係指相似零件。圖中之組件未必按比例繪製，而將重點放在圖解說明本發明之原理上。此外，所有圖解說明意欲傳達概念，其中相對大小、形狀及其他詳細屬性可示意性地而非按字面或精確地圖解說明。
圖1圖解說明根據本發明之實施例之一多級電壓調節器之一示意圖。
圖2圖解說明根據本發明之實施例之一例示性多級磁滯電壓控制器。
圖3圖解說明根據本發明之實施例之一例示性電壓位準估計器。
圖4A、圖4B、圖4C及圖4D圖解說明根據本發明之實施例之一例示性電壓位準估計器之例示性操作。
圖5圖解說明根據本發明之實施例之一例示性切換型樣產生器。
圖6A圖解說明根據本發明之實施例之一例示性1VDC旋轉區塊。
圖6B圖解說明根據本發明之實施例之一例示性2VDC旋轉區塊。
圖6C圖解說明根據本發明之實施例之一例示性3VDC旋轉區塊。
圖6D圖解說明根據本發明之實施例之一例示性4VDC旋轉區塊。
圖6E圖解說明根據本發明之實施例之一例示性(N-1)VDC旋轉區塊。
圖7A、圖7B、圖7C及圖7D圖解說明根據本發明之實施例之一例示性切換型樣產生器之例示性操作。
圖8圖解說明根據本發明之實施例之一例示性七(7)級電壓調節器之例示性切換及Levels信號。
圖9A、圖9B及圖9C圖解說明根據本發明之實施例之例示性七(7)級電壓調節器之操作之模擬結果。
圖10A、圖10B及圖10C圖解說明根據本發明之實施例之例示性七(7)級電壓調節器之操作之模擬結果(經放大的軌跡)。
圖11A、圖11B及圖11C圖解說明與一FRC反應器之分流作用電極協同操作且根據本發明之實施例之一例示性七(7)級電壓調節器之操作之例示性實驗結果。
圖12A、圖12B及圖12C圖解說明與一FRC反應器之分流作用電極協同操作且根據本發明之實施例之一例示性七(7)級電壓調節器之操作之例示性實驗結果。
應注意，貫穿各圖出於說明目的具有類似結構或功能之元件通常係由相似元件符號表示。亦應注意，該等圖僅意欲促進對較佳實施例之說明。
100:多級電壓調節器/電壓調節器
101:三相電網/電網
102:負載
103A至103N:單元/電力單元
104A:端子
104B:端子
105:控制系統
106A至106N:隔離變壓器/三相多繞組變壓器
107A至107N:三相二極體電橋
108A至108N:電容性儲存元件/儲存元件
109A至109N:主動雙向開關/開關/切換元件
110A至110N:二極體
111A至111N:選用LCR濾波器
112:電壓感測器
113:選用CR濾波器
CDCN:電容性儲存元件
CFN:選用LCR濾波器
CFO:選用CR濾波器
DN:任務循環
DBN:三相二極體電橋
LFN:選用LCR濾波器
OUT+:端子
OUT-:端子
RFN:選用LCR濾波器
RFO:選用CR濾波器
S1至SN:開關/切換元件/切換信號
VREAL:真實回饋電壓信號/信號/真實輸出電壓
VREF:參考電壓/參考輸出電壓/參考輸出電壓
VS:電壓感測器
VSECN:三相多繞組變壓器/隔離變壓器

Claims (14)

  1. 一種可連接至一負載之多級級聯(multi-level cascaded)電壓調節器，其包括： 串聯連接之複數個電力單元(power cells)，其中該複數個電力單元之每一電力單元包括一雙向開關及一儲存元件； 一控制系統，其耦合至該複數個電力單元且具有一多級磁滯電壓控制器，其中該控制系統經組態以致使該複數個電力單元在該負載上輸出N個電壓位準，其中N係對應於該複數個電力單元之電力單元之一數目之一正整數；及 一多級電壓控制器系統，其經組態以： 自一電壓感測器接收一回饋電壓信號V REAL； 低通濾波該回饋電壓信號V REAL以產生一低通濾波器輸出信號；及 產生與該低通濾波器輸出信號及一參考電壓信號V REF之間的一差成比例之一差信號∆V。
  2. 如請求項1之多級級聯電壓調節器，其中該多級電壓控制器系統經組態以藉由自該參考電壓信號V REF減去該低通濾波器輸出信號而產生該差信號∆V。
  3. 如請求項2之多級級聯電壓調節器，其中該多級電壓控制器系統經組態以基於一高界限(HB)臨限值、一低界限(LB)臨限值及該差信號∆V產生一磁滯狀態信號。
  4. 如請求項3之多級級聯電壓調節器，其中該多級電壓控制器系統經組態以基於該高界限(HB)臨限值、該低界限(LB)臨限值及該差信號∆V產生一經估計電壓位準(level)信號。
  5. 如請求項4之多級級聯電壓調節器，其中該多級電壓控制器系統經組態以基於該經估計電壓位準信號及該磁滯狀態信號選擇性地接通(turn on)及關斷(turn off)該等電力單元之各者。
  6. 如請求項5之多級級聯電壓調節器，其中該多級電壓控制器系統進一步經組態以選擇性地接通及關斷該等電力單元之各者以平衡該等儲存元件上之電壓。
  7. 如請求項6之多級級聯電壓調節器，其中該儲存元件係一電容器。
  8. 如請求項3之多級級聯電壓調節器，其中該多級電壓控制器系統經組態以： 當以下條件中之一或多者為真時，藉由一可重設計數器對由該時脈產生器產生之時脈信號之一數目進行計數： 該差信號∆V低於該低界限(LB)臨限值；或 該差信號∆V高於該高界限(HB)臨限值； 藉由一自運行計數器將耦合做為對一求和(summation)區塊之輸入之一自運行計數器輸出信號遞增； 當以下兩種情形同時皆為真時，在一電壓位準估計器之一輸出處將該經估計電壓位準信號遞減： 該差信號∆V低於該低界限(LB)臨限值；及 該可重設計數器之一輸出計數信號之一值高於一時間常數之一預設值。
  9. 一種使用一多級(multi-level)磁滯電壓控制器來控制供應至一負載之一電壓以控制串聯連接之複數個電力單元(power cells)之方法，其中該複數個電力單元之每一電力單元包括一雙向開關及一儲存元件，該方法包括： 自一電壓感測器接收一真實回饋電壓信號V REAL； 低通濾波該真實回饋電壓信號V REAL以產生一低通濾波器輸出信號； 產生與該低通濾波器輸出信號及一參考電壓信號V REF之間的一差成比例之一差信號∆V； 基於一高界限(HB)臨限值、一低界限(LB)臨限值及該差信號∆V產生一磁滯狀態信號； 至少部分基於該磁滯狀態信號致使該複數個電力單元在該負載上選擇性地輸出最高達N個電壓位準(level)，其中N係對應於該複數個電力單元之電力單元之一數目之一正整數。
  10. 如請求項9之方法，其中產生與該低通濾波器輸出信號及該參考電壓信號V REF之間的該差成比例之該差信號∆V包括自該參考電壓信號V REF減去該低通濾波器輸出信號。
  11. 如請求項10之方法，其進一步包括基於該高界限(HB)臨限值、該低界限(LB)臨限值及該差信號∆V產生一經估計電壓位準信號。
  12. 如請求項11之方法，其進一步包括基於該經估計電壓位準信號及該磁滯狀態信號選擇性地接通(turn on)及關斷(turn off)該等電力單元之各者。
  13. 如請求項11之方法，其中基於該經估計電壓位準信號及該磁滯狀態信號選擇性地接通及關斷該等電力單元之各者包括平衡該等儲存元件上之電壓
  14. 如請求項11之方法，其中產生該經估計電壓位準信號包括： 當以下條件中之一或多者為真時，藉由一可重設計數器對由一時脈產生器產生之時脈信號之一數目進行計數： 該差信號∆V低於該低界限(LB)臨限值；或 該差信號∆V高於該高界限(HB)臨限值； 由將耦合做為對一求和(summation)區塊之輸入之一自運行計數器輸出信號遞增； 當以下兩種情形同時皆為真時，將該經估計電壓位準信號遞減： 該差信號∆V低於該低界限(LB)臨限值；及 該可重設計數器之一輸出計數信號之一值高於一時間常數之一預設值。
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