TW299517B - - Google Patents

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經濟部中央樣準局貝工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（1 ) 本發明有關於一種如法國專利申請案第 FR2 6 7 9 7 1 5A1號所述型式之用以轉換電能之電 子電路，以及一種使用該電子電路的電源裝置。 該專利申請案所述之轉換器例示於圖1。其基本上在 電壓源S E與電流源極C之間包含有連續多個可控制的開 關單元CL1、CL2，. . . ，CLn，每一個開關單 元各具有兩個開關1'1，丁>1;丁2，1'>2:..· ;Τη，T / η，兩個開關各自的一極構成一對上游極的 —部份，而兩個開關的另一極構成一對下游極的一部份， 上游單元的一對下游極和下游單元的一對上游極連接，第 一單元C L 1的一對上游極與電流源C連接，而最後一個 單元C L η的一對下游極和電壓源S Ε連接；轉換器中也 爲每個單元各設有一個電容器Cl，C2，· . . ，Cn ，不過當電壓源S E可提供相同作用時，最後一個單元的 電容器可以省略，每一個電容器連接在構成該單元下游極 對的兩極之間；轉換器另具有控制轉換器之標稱操作的控 制機構（未示），其對相連開關的控制爲，使任何一個單 元的兩個開關總是保持於相反的傳導狀態（以例如1 c 1 之控制鏈來表示），以使得在呈周期性重複的轉換時段中 ，一單元中兩個開關之一便回應於控制機構發出的單元控 制訊號而連績在第一傳導狀態與第二傳導狀態間變換，且 回應於相同但時間上平移上述轉換時段的數分之一的單元 控制訊號，接績單元的開關分別以相同的方式操作，但在 時間上平移上述轉換時段的數分之一。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4说格（210Χ297公釐） 經濟部中央標隼局貝工消費合作杜印製 A7 __B7_ 五、發明説明（2 ) 前述時段的分數最好等於單元數目η的倒數，亦即 2 π/n，此數値對於輸出上產生的諧振而言爲最佳，且 能夠使轉換器電容上的充電電壓自然平衡。此外尙可思及 其他某些平移方式，例如不同級之間採不同的平移。 在此種轉換器中，相接連的電容器Cl ，C2，·. • ，C η具有漸增的平均充電電壓，與各單元相關的電容 器之平均充電電壓相等於電壓源S Ε所傳送的電壓V Ε乘 以轉換器中單元數目的倒數再乘以單元的位階，例如於η =3 (即轉換器僅具有三個單元）時，分別爲VE/3， 2 V Ε / 3，V Ε。 當然，以上所述亦適用於其他η値，只要η不小於2 ，特別是當η大於3時。 下文中，以「多級轉換器」一詞表示符合上述描述的 轉換器。 本發明之目的便是要在此種多級轉換器中使各個電容 器上的電量保持符合上述狀況，而不論是否無可避免地脫 離了檩稱操作狀況。 以下參考圖2來更進一步說明上述多級轉換器中電量 應如何電容器之一上標稱地變化，圖2示出任意一個開關 單元CLk及其開關Tk與T^k，與該單元相關的電容 器Ck，以及下一級單元CLk + Ι和其開關Tk + Ι與 T " k + 1 〇 各單元內開關Tk與丁 / k和Tk + 1與丁 e k + 1 之間的耦合如圖所示；圖2所示兩相鄰單元組CLk和 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I---^-----{裝------訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3 ) CLk+Ι具有四種狀態： (a )第一狀態：Tk與Tk + Ι皆不導通，故Ck 上的充電電壓不改變； (b)第二狀態：Tk與Tk+Ι皆導通，故Ck上 的充電電壓亦不改變，因爲在此狀況下T > k與T / k + 1不導通； (c )第三狀態：Tk導通而Tk + Ι不導通’在此 種情形下電流源C迫使相等於I的電流I k流過Tk ’而 流過T — k的電流I > k爲零。Tk + Ι的狀態使電流 Ik+Ι爲零，而電流I<k+l等於I ，故流過電容器 Ck的電流I>ck等於I;及 (d )第四狀態：Tk不導通而Tk + 1導通，在此 種情形下電流源C迫使相等於I的電流I >k + l流過 T>k，而流過Tk的電流Ik爲零。Tk + Ι的狀態使 電流Ik+Ι等於I，而電流I>k+l爲零，故流過電 容器Ck的電流Ick等於I。 在上述第三與第四狀態下，電流I >ck = I >k + 1和I c k = I k + 1俥送相反符號的額外電荷給電容器 Ck;第一種情形稱爲負而第二種情形稱爲正。這兩種狀 態中的電流由電流源所强迫產生。如果電流源產生非常精 本紙張尺度適用中國國家榡隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（4 ) 確的DC而其他所有部份保持不變，則狀態（c )與（d )中電流源所推動的電流在Tk與Tk + 1的整個導通時 段中均相等而方向相反（如前所述，其値標稱相等且在時 間上平移）。這表示Ck上所充的電先正性改變再等量負 性改變，故其不會變化超過轉換器的一個時段。 在理想系統（精確於電流源，無限的阻抗）中，電流 I c k與I / c k係由電流源來決定。在較實際的情形中 ，當電流阻抗不爲無限時，流過電流源的電流視跨於其端 子上的電壓而定（因而視電容器上的電壓Vck而定）。 例如，如果在任何原因下發生充電電壓V c k相對於其標 稱値VE · k/n顯得太高的情形，便會導致產生比所應 具之標稱値爲大的放電電流I / c k和比所應具之標稱値 爲小的充電電流I ck，而將電容器Ck上的電量回復至 所應具有之値。此即爲何多級轉換器能夠穩定操作而能夠 適應電壓源與電流源朝任何方向的振幅變化。以下說明上 述爲何仍會在動態狀況下產生問題。 圖3示出圖1與2所示多級轉換器的一例，其中n = 3，並施加脈寬調變（PWM)式控制以傳送正弦調變之 交流電壓至電流源C，亦即在轉換器（t線）操作的連續 時段pi ，p2，p3，· ·.中，開關ΤΙ ，T2與 Τ 3接續導通，而其導通之時間區間隨用以調變輸出電壓 的脈波（以下稱爲調變波）而變化。在每一瞬間中，對應 的開關1 ，2與3均處於反相。 當然，亦可思及其他調變開關操作的模式，也同樣可 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） I .---^-----^ 裝------訂------^ .4 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 _B7_____ 五、發明説明（5 ) 獲得相同的效果。此外亦很顯然地，轉換器亦可傳送給11 流源C任何其他波形或整流D C電壓。 首先考慮轉換器操作時段P 1。在此時段中，於開關 ΤΙ，T2與T3任一者導通時，其他二者皆不導通。對 各組兩個單元與其間的電容器而言，此情形對應於前述狀 態（c)和（d)，其中電容器連續接收額外的負與正電 荷，而其總和則爲標稱零。此外亦可觀察到，雖然相鄰單 元CL1與CL2處於狀態（d)，相鄰單元CL2與 CL3則處於狀態（c)，故電容器C1從提供額外負電 荷給電容器C 2的相同電流接收額外的正電荷。 圖3另也例示出多級轉換器在時段P 2，p 3，· · 中如何操作，在該等時段中開關的導通時段漸短再渐長，. 直到到達時段的三分之一，此時則重合。V I線表示理想 上應傳輸給電流源的電壓，特別是如果電容器的電容値不 能夠使額外電荷顯著地改變跨於其端子上的電壓時。電壓 V I以電壓源S E所供應的電壓VE之分數來表示，而以 電壓源S E之負極作爲電壓參考値。由圖中可見，此電壓 V I含有一個符合調變波頻率的主要部份，以及一個頻率 高於截波頻率的較低振幅之諧振，此部份可輕易地以低通 濾波器予以消除。由於電流爲可變，故以電流源中所含的 任一電感性元件將其積分，所致轉換器供應給電流源的即 爲正弦AC，且其周期等於輸出電壓主要部份的周期。 由於電流成正弦變化，上述狀態（c )與（d )中並 不會傳送相等的額外電量給轉換器的電容器，因爲在該兩 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） I. ^裝------訂------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 __B7_ 五、發明説明（6 ) 狀態之間，電流仍有時間變化。僅有當開關的操作周期顯 著大於調變波的頻率時，此種變化才可以忽略。 有一點應預期到的是，供應給電流源的AC不會爲完 全精確的正弦，而會以非對稱形態有所失眞。相似地，控 制訊號或所產生訊號位準上的誤差，或各有關開關切換時 間上的實質差異，無可避免地會造成轉換器操作時段上開 關導通期間的不均等，或使開關的導通級在時間上平移， 或使充放電電容器的電流不平衡。因此，一般而言，實際 上不可能獲得一種上述型式的多級轉換器，而能夠保證滿 足前述之既定標稱操作狀況。不幸地，額外電荷中的相關 誤差會導致電容器電量朝某方向改變而產生誤差，進而造 成其平均充電電壓的誤差，而提高轉換器在傳送給電流源 之電壓中的操作頻率的失眞。 此效應在圖3中以軌跡線VI>來表示，此軌跡線與 軌跡線V I相似，但預期會充電至小於其標稱充電電壓的 電容器C 1 (圖1〉會防止轉換器傳送固定振幅的脈衝 v i 1 ，v i 2，v i 3，以致轉換器乃例如於電容器 C 1傳送其本身之充電電壓至電流源C時供應較小振幅（ 其比例經過誇大以使其較易於辨識）之脈衝v i 1 /，於 電容器C 1由傳送至電流源C的電壓中抽取其本身之電壓 時供應較大振幅之脈衝v i 2 /，而於電容器C1不在電 路中時供應振幅不變之脈衝v i 3 /。如此很容易可以看 出，此作法於轉換器之截波頻率處在訊號V I >中引入了 —個分佈成份。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I.---^-----^裝---^---訂------产 (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) 2ϋΰ5χ7 Α7 Β7 _ 五、發明説明（7 ) 於電容器並未充電至其各自之標稱電壓時，上述分佈 成份並不存在。當此種成份出現時，通常是有害的。 無論如何，開關所接受的電壓不再大致相等於兩相鄰 電容器之間的標稱充電電壓差（亦即電壓源極電壓除以轉 換器級數所得之値）。如此可能造成開關的危險。 當然，如前所述，電容器上的電量誤差有被自然再吸 收的趨勢，但此一程序需要時間。 此外，該自然程序係經由電流源來進行，因此當電流 源並未推動電流時即無法發揮效應，而當流過電流源的電 流很小時程序也會減慢。 根據上述觀察，本發明提出一種多級轉換器，其中轉 換器之各電容器上的平均電量更能夠保持於標稱値。 依據本發明，多級轉換器中包括有用以測量各電容器 在估算之平均充電電壓與電容器之標稱充電電壓間的差之 機構，以及一個外加控制機構，此外加控制機構朝減少測 置差値的方向改變電容器相關單元的第一導通狀態之時間 長度》 在本發明的一個實施例中，每一個差測量機構包括用 以接收電壓源之電壓値、決定供應給電流源之電壓波形的 調變値、該級的位階、及級數的機構，以在轉換器操作時 段中用以決定各電容器所應有之標稱充電電壓，接著以比 較機構來將電容器的標稱充電電壓減去估算出跨於各電容 器端子上的平均充電電壓，來測置轉換器各電容器上的差 値0 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） — ' —； ^ (裝------訂------^ ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 -10 - 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 _________B7五、發明説明（8 ) 在本發明的第一實施例中，所述估算跨於各電容器端 子上之電壓的電路包含一個跨接於電容器兩端的電壓計網 路。 在一個變化例中，所述估算跨於各電容器端子上之電 壓的電路包含一個跨接於各單元之一開關兩端的電壓計網 路。 在另一變化例中，所述估算跨於各電容器端子上之電 壓的電路包含一個跨接於電流源兩端的電壓計網路。 最好所述各外加控制機構除了所述差訊號之外，還接 收電流源所推動的電流I之測量値和一個表示相關電容器 之電容値的常數，並依此計算與電容器相關的單元之第一 導通狀態的時段長度改變，該改變在電容器中產生電荷， 以補償前述電量差。 又，最好所述各外加控制機構亦接收一個調變訊號， 並依此改變與電容器相關的單元之第一導通狀態的時段長 度，以使得在所有外加控制機構均以相似方式作用時，所 述電流源便接受一個根據調變訊號而接受過調變的平均電 壓。 又，最好所述各外加控制機構從一相鄰之外加控制機 構接收一個該外加控制機構內建立的改變訊號，該改變訊 號界定相鄰之外加控制機構對前述與其相關的單元之第一 導通狀態的時段長度所作的改變，以使前述第一外加控制 機構隨之改變與其相關的單元之第一導通狀態的時段長度 ，以在與該單元相關的電容器中補償相鄰單元中改變所造 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

L .裝· 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 11 静许一 * 箏851〇4〇83號專利中請索中文説明書修王百 Α7 民« 86年1朽二 Β7 一 五、發明説明（9 ) 成之效應· 圖式簡要說明 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 由後文參照附圖對本發明例示之實施例所作之詳細說 明中，可對本發明之各項目的與特徵獲致更清楚的了解， 其中： 圖1爲已知多級轉換器的電路圖； 圖2爲圖1之多級轉換器的一組相鄰兩級的電路豳； 圖3爲波形圖，示出圖1與2所示多級轉換器在 含有三情形下之操作； 圖4爲供圖1 、2，3所示型式之多級轉換器中使用 來實施本發明之控制機構的電路圖； 圖5之曲線示出本發明如何根據圖4之配置來實施， 本圖有關於任意一個多級轉換器單元，例如圖2所示之單 元； 圖6爲可在圖4電路中使用之用以估算電容器充電垂 直之機構的電路圖；和 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 圖7爲圖4所示機構的一部份變化之電路圖，對應於 從已知各開關開啓時跨於各開關端子上之電壓來求得多級 轉換器之各電容器的平均充電電壓之情形。 多級轉換器不再重複說明· 圖1、2、3對應於法 國專利案第FR2 6 7 9 7 1 5A1號所述型式之多級轉換器，讀 者可參考該案來獲知更多細節。 圖4中僅示出圖1轉換器中的電容器Cl， C2， • · · ， C η β 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS > Α4規格（210X297公釐） -12 - 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 __ B7 五、發明説明（10 ) 依據本發明，每一個電容器各與一個估算電路 VM〇l ， VM02 ，. . · ，VMOn 相關，以估算 跨於各電容器端子上之電壓。爲達此目的，上述各電路 與各電容器的兩端耦合，並提供估算訊號V01 ， V02 ，· . . ，VOn，這些訊號表示跨於電容器兩端 上的電壓。 依據本發明，每一個電容器亦各與一個差測量電路 VE1 ，VE2，. . · ，VEn相關，這些差測量電路 係供測置從對應的估算電路接收到的觀察所得平均充電電 壓與電容器之標稱平均充電電壓間的差。差測量電路本身 計算電容器的標稱平均充電電壓，其爲電壓源S E之電壓 VE的分數1/η乘以級數位階R;η爲轉換器的級數。 此電路於是處理數値VE，而常數値η與R則以硬體接線 至各電路中。電路由之導出標稱平均充電電壓VE · R/ η，並與估算之平均充電電壓比較，而提供表示兩電壓差 値的差訊號 VEC1，VEC2，. . . ，VECn。 差訊號被傳送至包括在控制模組MCC1 ，MCC2 ，··. ，MCCn內的外加控制機構。這些控制模組回 應於觸發訊號sdl ，sd2，. . . ，sdn而操作， 觸發訊號係在各時段（例如圖3之p 1 )中依據時基BT 而以平移方式傳送給控制模組，而以平移方式控制轉換器 的開關單元。各控制模組的主要功能爲在每一時段中產生 控制脈衝：控制脈衝的標稱周期由調變訊號値Μ來決定。 前述控制模組MCC1，MCC2，. . _ ，MCCri內 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） - I I I - I 1·1 —1 - I Hi !: - ( . n n (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 •^ -13 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _B7_五、發明説明（U ) 的各外加控制機構也根據差訊號VEC1 ，VEC2 ，* • · ，VEC η之値及電流源所推動之電流I的函數來改 變脈衝的長度。控制模組MCC1 ，MCC2，· · ·， MC C η內的各外加控制機構最好也根據相鄰控制模組對 其本身控制脈衝所作之改變的函數來改變脈衝的長度；所 述改變由控制模組MCC1 ，MCC2，. . ·， MCCn產生之改變訊號SMI ，SM2 ，...， SMn來表示。在圇4所示實例中，訊號SM1由控制模 組MC C 2產生，而訊號SM2由控制模組MCC 3產生 (未示）。前面提及訊號SMn係爲與控制模組MCCn 一致，其實並無該訊號，因爲沒有控制模組MCCn + 1 。所得的訊號CT1 ，CT2，. · · ，CTn控制對應 的開關單元CL1 ，CL2，* . · ，CLn中的開關狀 態° 更詳言之，差訊號使對應開關ΤΙ ，T2，· · ·， Τη (見圖1)中的「1」狀態延長（或縮短）。延長量 視需要校正的電量差、通過電流源I的電流（可將習知電 流感測器插入與電流源串連來測量）、及電容器的電容（ 此爲以硬體接線至電路中的常數）來決定。 如前所述，視施加至相鄰控制脈衝的延長效應而定， 「電容器C 1從提供額外負電荷給電容器C 2的相同電流 接收額外的正電荷」。因此，例如，延長使開關Τ2成爲 導通狀態並負充電電容器C 2的控制脈衝CT2，便施加 不想要的額外正電荷給電容器C1。此外加延長於是以訊 -----^-----{ 裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X29·?公釐） 14 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、 發明説明 (12 ) 1 I 號 S Μ 1 來 指示 控制 模 組 Μ C C 1 t 訊 號 S Μ 1 遂 被 用 以 Ί | 朝 校 正 刖 述 不想 要之 額 外 正 電 荷 的 方 向 來 更 正 控 制 訊 號 1 C T 1 0 1 I 請 I 自 然 > 如果 某電 容 器 對 另 一 電 容 器 的 電 荷 變 化 影 響 是 先 閱 1 I 讀 1 | 朝 向 另 一 方 向時 ，前 述 校 正 步 驟 可 以 反 向 進 行 〇 背 ι6 1 之 1 圖 5 示 出一 組兩 個 相 鄰 單 元 ( 例 如 圖 2 所 示 單 元 ) 就 注 意 1 事 1 reri 圖 2 所 示 電 流方 向的 兩 個 實 例 9 以 表 示 流 過 電 容 器 的 電 流 項 再 1 填 和 跨 於 其 兩 端上 的電 壓 的 曲 線 I k 和 V C k 來 顯 示 電 容 器 寫 本 % 1 C k 的 充 放 電。 相似 地 9 圖 5 示 出 單 元 C L k 和 C L k + 頁 1 1 1 中 開 關 T k和 T k + 1 的 操 作 〇 1 1 在 轉 換 器操 作時 段 P C 1 中 9 關 閉 開 關 T k 和 T k + 1 1 1 的 標 稱 脈 衝接 續發 生 而 未 重 叠 〇 如 i八 刖 所 述 9 脈 衝 T k 供 訂 1 應 電 流 脈 衝 Id ，其 施 加 額 外 負 電 荷 給 電 容 器 C k 9 亦 即 1 I 使 電 容 器 C k放 電。 接 著 脈 衝 T k + 1 供 應 施 加 額 外 正 電 1 I 荷 的 電 流 脈 衝I e j 亦 即 其 充 電 電 容 器 C k 〇 原 本 處 於 位 1 L 準 e C 1 的 電壓 V c k 在 脈 衝 I d 時 下 降 9 而 在 脈 衝 I e V 1 時 上 升 回 到 相同 位準 e C 1 0 1 1 對 於 標 稱脈 衝τ k 長 度所施 加 的 改 變 在 圖 中 表 現 爲 第 1 校 正 區 間 i t k 1 和 第 二 校 正 區 間 t k 2 使 脈 衝 延 長 1 1 I 在 校 正 區間 i t k 1 較 兩 慑 稱 脈 衝 T k 和 T k + 1 之 1 1 1 1 間 的 時 間 爲 短的 情形 下 會 造 成 延 長 電 容 器 C k 的 放 電 1 C C k 1 而更 正測 量 差 値 * 該 差 値 判 斷 是 由 電 容 器 C k 1 上 的 過 量 電 荷所 造成 0 於 是 9 放 電 時 段 便 被 延 長 9 跨 於 電 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15 - A7 B7 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印製 五、 發明説明 (13 ) 1 i 容 器 C k 兩 端 上 所 觀 察 到 的 最 終 電 壓 也 相 關 地 降 低 9 成 爲 1 I e C 2 ( 小 於 e C 1 ) 0 1 1 如 果 更 正 也 延 伸 至 第 二 校 正 區 間 i t k 2 9 在 延 長 脈 1 I 請 1 衝 T k 與 脈 衝 T k + 1 至 少部 份 重 叠 的 情 形 下 ， 充 電 時 段 先 閱 1 I 讀 I I 的 延 長 部 份 覆 蓋 整 個 時 段 > 直 到 標 稱 脈 衝 T k + 1 開 始 〇 背 I 之 1 接 著 9 由 於 兩 開 關 一 起 關 閉 9 電 容 器 C k 的 充 電 便 縮 短 至 注 意 1 1 C C k 2 ( 由 脈 衝 T k + 1 開 始 至 延 伸 脈 衝 T k 結 束 ) 0 項 再 1, 填 於 是 9 跨 於 電 容 器 C k 兩 端 上 的 電 壓 便 成 爲 e C 3 ( 小 於 寫 本 裝 e C 2 ) 〇 依 此 方 式 延 長 放 電 和 縮 短 充 電 > 便 可 降 低 電 容 頁 ··—^ 1 1 器 C k 上 的 過 量 電 荷 0 1 1 白 然 、* -刖 述 實 例 僅 係 供 舉 例 說 明 之 用 〇 與 開 關 標 稱 脈 1 | 衝 的 長 度 比 較 所 作 的 更 正 振 幅 極 大 5 這 在 實 際 上 是 不 會 訂 I 發 生 的 〇 不 過 > 上 述 實 例 清 楚 地 顯 示 > 於 單 元 C L k 之 標 1 1 I 稱 脈 衝 T k 的 結 束 點 接 近 下 一 單 元 之 標 稱 脈 衝 T k + 1 的 1 1 I 開 始 點 時 以 及 當 標 稱 脈 衝 T k 的 延 長 不 會 或 會 使 其 至 少 1 L 部 份 重 叠 標 稱 脈 衝 T k + 1 時 9 轉 換 器 中 進 行 的 電 量 差 更 么卜 1 正 操 作 0 巨 * >-刖 已 證 實 兩 種 情 況 下 均 可 有 效 更 正 〇 1 1 圖 5 另 示 出 在 另 一 時 段 P C 2 中 9 在 標 稱 脈 衝 T k 和 | T k + 1 部 份 重 叠 的 情形 下 用 以 更 正 電 容 器 C k 上 之 過 量 I 電 荷 的 更 正 极稱 0 與 先 刖 討 論 的 i t k 2 / C C k 2 相 似 1 1 | ， 延 長 的 i t k 3 / 縮 短 的 C C k 3 可 達 成 所 要 的 更 正 〇 1 1 又 9 當 電 容 器 C k 上 的 平 均 電 荷 不 足 時 9 朝 相 反 方 向 1 更 正 ， 即 可 導 致 標 稱 脈 衝 T k 長 度 的 降 低 rUrt 與 電 容 器 C k 上 1 電 荷 的 增 加 〇 1 1 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 _______B7_ 五、發明説明（14 ) 在一變化形態中，可以一個能夠執行所有控制模組 MCC1 ，MCC2 ，. · . ，MCCn之功能的中央控 制電路來更正電量差，或以一個包含所有控制模組 MCC1 ，MCC2，. . · ，MCCn、以及其間之互 連和模組間導向機構的電路來更正電量差，以計算對於轉 換器中一或多級之操作所應進行的初始校正及後續的對應 更正。 例如，在一個簡單實施例中，該電路維持第一級開關 的操作標定空間比率（mark-space ratio )，並更正因 爲改變其他級之標定空間比率而觀察到的差値。同樣地， 亦可思及維持最後一級開關的操作標定空間比率。 在上述條件下，熟習本技術之士應可立刻想到，若使 用上述機構對除了一級外的所有級進行整體校正，便可調 整最後一個命令而使整組校正對電流源不具有影響，使供 應給電流源的電壓保持定値，而僅有從電蹏源取得的能量 有所增減改變，再經由前述更正機構來配送至各級。 依相同方式，可藉由僅調變第η — 1階電容器上的電 量來改變轉換器供應給電流源的電壓，接著前述更正機構 依此使第η_2，· · . ，2，1階電容器上的電量成爲 一致。 依此方式，前述電路便可調變開關Tk的導通時段長 度而使得在所有時間中各電容器c k的平均電壓儘可能地 接近其標稱充電電壓。 如上所述，標稱充電電壓對應於電壓源（參考圖1 ) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4规格（210X297公釐） {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 17 A7 經濟部中央梯準局員工消费合作社印裝 ___B7_五、發明説明（15 ) 之電壓VE的分數，而視該級的位階而定。 所以，可在觀察電路VM01 ，VM02，· ·.， VM〇n (通式表示爲VMOk)中以與前述相符的方式 來估算電容器的平均電壓。 根據以上所述及參考圖6，在一個實施例中，觀察電 路係由串連跨接電容器Ck兩端的阻抗p t k 1和 P t k 2構成，並傳送一個跨於電容器兩端上之電壓的預 定分數至類比至數位轉換器ADC，該轉換器ADC於每 —個脈衝f k η時傳送一個數位電壓値給一個平均電路 SCk 〈於每一個轉換器周期中，由訊號gk觸發一個閘 電路PVk而讀取該値一次。訊號f k與g k以由時基 BT (圖4 )產生爲佳，其在轉換器操作時段中的位置爲 ，使得於轉換器操作時段中電壓測量m次之後，並在計算 所得測量値的平均値後，便可於每一個轉換器周期中在電 路S C k的輸出V 0 k上提供一次所得的平均充電電壓値 ，以在對應單元之適當導通狀態（前述內容中爲開關Tk 導通）的時段中，在適當的時點下，決定先前參考圖4所 述之控制模組MCC1 ，MCC2，. · . ，MCCn中 的改變。 自然，所得電容器C k上的平均電量可用其他方式來 獲得。 在第一變化例中，如圖7所示，取代測量跨於電容器 端上之電壓，改測量電壓源上的電壓VE，此即爲各單元 開關之一兩端上的電壓，以經由減法來逐步建立多級轉換 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) ~ -18 - I- ； ^裝-----—訂------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 _______B7___ 五、發明説明（16 ) 器各電容器之平均充電電壓。圖7示出圖1之多級轉換器 的開關Tk之一，該開關與一個電壓估算電路V I k耦合 。電壓估算電路可爲如圖6所示者（若爲熟習本技術之士 所採用時），其於計算電路CC接收控制開關Tk之控制 訊號VC k時，供應一個表示跨於開關Tk兩端上的電壓 之訊號Vk至計算電路CC，使計算電路可在開關未導通 的時段中，僅將估算電路V I k所供應的値予以考慮。計 算電路直接接收電壓VE，該電壓亦可由例如圖6所示的 電路經過適當簡化後獲得；電路達成供應圖4之訊號 V〇l ，V02 ，· . · ，VOn 的計算。 在另一變化例（可由圖3輕易衍生而出）中，對傳送 至電流源I的脈衝之振幅測量表示產生脈衝之電容器端子 上的電壓。有一個單一電路（例如圖6所示者）與電流源 C的端子連接，並在每一時段（例如p 1 )中估算圖3曲 線V I上不同點處的電壓，及觀察各電容器輸出的位準 v i 1 ，v i 2，v i 3。熟習本技術之士應可立刻想到 ，可由之導出圖3所示表示多級轉換器各電容器之估算平 均電量的訊號V01 ，V02，. . . ，V〇n。 當然，以上說明僅係舉例而非限制，特別是其中的數 値，可隨著應用場合的不同而改變。 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（2丨〇X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

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Claims (1)

1. 2ϋΰ5ί7 Α8 Βδ C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 .—種多級轉換器，係在一電壓源（SE )與一電 流源（C )之間包含一連串的可控制開關單元（CL 1 ， CL2 ，. . . ，CLn)，每一個單元具有兩個開關（ Τΐ，Τ^1;Τ2，Τ^2;.·.;Τη，Τ^η) ，兩個開關各自的一極構成一對上游極的一部份，而兩個 開關的另一極構成一對下游極的一部份，上游單元'的一對 下游極和下游單元的一對上游極連接，第一單元（C L 1 )的一對上游極與電流源（C)連接，而最後一個單元（ CLn)的一對下游極和電壓源（SE)連接：轉換器中 也爲每個單元各設有一個電容器（Cl ，C2，· · ·， Cn)，不過當電壓源（SE)可提供相同作用時，最後 —個單元的電容器可以省略，每一個電容器連接在構成該 單元下游極對的兩極之間；轉換器另具有控制轉換器之標 稱操作的控制機構，其對相連單元之開關的控制方式爲， 使任何一個單元的兩個開關總是保持於相反的傳導狀態， 以使得在呈周期性重複的轉換時段中，一單元中兩個開關 之一回應於控制機構發出的單元控制訊號（CT1 ， 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 CT2，· . .CTn)而連續在第一傳導狀態與第二傳 導狀態間變換，且回應於相同但時間上平移上述轉換時段 的數分之一的單元控制訊號，接續單元的開關分別以相同 的方式操作，但在時間上平移上述轉換時段的數分之一， 相接連的電容器（Cl ，C2，. . . ，Cn)具有漸增 之標稱平均充電電壓，各單元中之電容器的標稱平均充電 電壓相等於電壓源（SE)所傳送的電壓（VE)乘以單 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐〉 20 經濟部中央標準局男工消费合作社印装 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 元數目的倒數再乘以單元的位階，轉換器之特徵在於包括 有用以估算跨於各電容器（Cl ，C2，. . . ，Cn) 端子上之平均電壓的機構（VM01 ，VM02，. . · » V Μ Ο η )，用以測量各電容器（C1，C2，... ，Cn )上之估算平均充電電壓與標稱平均充電電壓間的 差之機構（VE1，VE2，. . . ，VEn)，以及朝 減少測量差値的方向來改變與電容器C相關之單元的第一 導通狀態時段長度的外加控制機構（MCC1，MCC2 ，.· . ，M C C n )。 2. 如申請專利範圍第1項之多級轉換器，其中各差 値測量機構（VE1，VE2，. . · ，VEn)包括有 用以接收電壓源（SE)之電壓（VE)、級數位階（R )、和級數（η)，以在轉換器操作時段中用以決定各電 容器所應有之標稱充電電壓，接著以比較機構來將電容器 的標稱充電電壓減去估算出跨於各電容器端子上的平均充 電電壓，來測量轉換器各電容器上的差値（VE 1， VE2，. · . ，VEn) 0 3. 如申請專利範圍第2項之多級轉換器，其中所述 估算跨於各電容器（Cl，C2， . · ，Cn)端子上 之電壓的機構（VM1，VM2，. · · ，VMn)包含 —個跨接於電容器兩端的電壓計網路（p t k 1 ， p t k 2 ) 〇 4 .如申請專利範圍第2項之多級轉換器，其中所述 估算跨於各電容器端子上之電壓的電路包含一個跨接於各 -21 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 經濟部中央標準局工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 七、申請專利範圍 單元之一開關（Tk)兩端的電壓計網路（VI k)，以 及一個從電壓源之電壓（VE )和估算出之使電容器與電 壓源分離之開關的兩端上的電壓，來導出跨於各電容器端 子上之電壓的計算電路（CC)。 5 .如申請專利範圍第2項之多級轉換器，其中所述 估算跨於各電容器端子上之電壓的電路包含一個與電流源 連接的電壓計網路，以偵測任何電量改變對於輸出電壓的 影響，以及一個含有該轉換器模型的計算電路，使其可估 算跨於各電容器端子上之電壓。 6. 如申請專利範圍第1或2項之多級轉換器，其中 所述各外加控制機構（MCC1，MCC2，· . ·， MCCn)除了所述差訊號（VE1 ，VE2，· · ·， VE η )之外，還接收電流源所推動的電流I之測量値和 一個表示相關電容器之電容値的常數，並依此計算與電容 器相關的單元之第一導通狀態的時段長度改變，該改變在 電容器中產生電荷，以補償前述電量差。 7. 如申請專利範圍第1或2項之多級轉換器，其中 所述各外加控制機構（MCC1 ，MCC2，...， MCCn)除了所述差訊號（VE1 ，VE2 ，. · ·， VE η )之外，亦接收一個調變訊號Μ，並依此改變與電 容器相關的單元之第一導通狀態的時段長度，以使得在所 有外加控制機構均以相似方式作用時，所述電流源便接受 —個根據調變訊號而接受過調變的平均電壓。 8. 如申請專利範圍第1或2項之多級轉換器，其中 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 -22 - A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 所述各外加控制機構（MCCl，MCC2，...， MCCη)從一相鄰之外加控制機構接收一個該外加控制 機構內建立的改變訊號（SMI ，SM2 ，. ·.， SMn)，該改變訊號界定相鄰之外加控制機構對前述與 其相關的單元之第一導通狀態的時段長度所作的改變，以 使前述第一外加控制機構隨之改變與其相關的單元之第一 導通狀態的時段長度，以在與該單元相關的電容器中補償 相鄰單元中改變所造成之效應。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 本紙浪尺度適用；國國家標準（CNS ) A4規格（_210X297公釐）