[发明专利]多级变换器

说明书

本发明涉及FR-2679 715 A1法国专利申请中描述的那种类型的转换电能的电子电路，还涉及所使用的电源装置。

在该专利申请中描述的转换器作为例子通过附图1加以说明。在电压源SE与电流源C之间，有多个可控开关单元CL1，CL2，…，CLn，每个单元有两个开关T1，T′1；T2，T′2；…；Tn，T′n，每个开关的一极构成一对上游电极，每个开关的另一极构成一对下游电极，一个上游单元的下游电极对与一个下游单元的上游电极对连接，第一个CL1单元的上游电极对与上述电源C连接，而最后一个单元CLn的下游电极对与上述电压源SE连接，这种转换器的每个单元还分别包括电容器C1，C2…，Cn，除了当上述电压源SE适于起到最后一个单元的电容器所起到的作用时最后一个单元的电容器可以省略外，每一个电容器都被连接到构成下游电极对的两个电极之间。本转换器还包括控制装置(未示出)，这些控制装置作用于一系列的单元的诸开关上，使得任何一个单元的两个开关总是分别处于相反的导电状态(诸如LC1那样的控制联系来表示)，并使得在响应由所述控制装置提供的单元控制信号时，在一个给定单元中的两个开关中的一个，在一个循环地重复的转换器斩波周期中，相继地先进入第一种导电状态，然后进入第二种导电状态。还使得在响应相同的但在时间上错开一个斩波周期的几分之一的单元控制信号时，相继的诸单元中的诸开关分别地以同一方式工作，但在时间上错开一个周期的所述的几分之一。

所述的一周期的几分之一最好等于单元数量n的倒数，即2π/n，这是着眼于输出端产生的谐波并能使转换器的电容器充电电压自然地平衡的最佳值。然而另外的时间错开也是可以想象的，正如在不同级之间的不同的时间错开。

在这样一种转换器中，序列电容器C1，C2…，Cn具有分别增加的平均充电电压，这种与上述单元连接的电容器平均充电电压等于来自上述电压源SE给出的电压VE乘以单元数量的倒数再乘以单元的序号所得到的乘积，当n等于3，也就是转换器只有3个单元时，它们分别是VE/3，2VE/3，VE。

当然，上述结果也适用于其他的n值，假设n不小于2，尤其是n大于3。

下面使用“多级转换器”这个术语来表示满足上述要求的转换器。

本发明的目的之一是，在这样一个多级转换器中，不管对标称工作状态的不可避免的偏离，使每个电容器的充电情况跟上述要求保持一致。

为了便于观察上述多级转换器的电容器之一的充电应当如何变化，参照图2中介绍的任意开关单元CLK及其开关TK和T′K，与该单元连接的电容器CK，以及随后的带有开关TK+1，T′K+1的单元CLK+1。

考虑到每个单元内的开关，TK，T′K；TK+1，T′K+1之间的耦合，图2所示的两个交迭排列的单元TK-TK+1拥有四种状态：

a)第一状态，其中当TK和TK+1闭锁时，CK上的充电电压不变；

b)第二状态，当TK和TK+1导通时，CK充电电压同样不变，因为当时T′K和T′K+1是闭锁的；

c)第三状态，当TK导通，TK+1闭锁时，电流源C驱使电流IK等于I通过TK，而通过T′K的电流I′K为零。状态TK+1使电流IK+1为零，电流I′K+1等于I，而通过电容器CK的电流I′CK等于I；

d)第四状态，当TK闭锁，TK+1导通时，电流源C驱使电流I′K等于I通过T′K，而通过TK的电流IK是零。当状态T′K+1使电流IK+1等于I时，而电流I′K+1是零，然而通过电容器CK的电流ICK等于I。

在上述第三和第四状态中，电流I′CK＝I′K+1和ICK＝IK+1为电容器CK带来反向附加电荷；人们将说第一状态是负的而第二状态是正的。电流源强制产生与这两种状态相应的电流。如果电流源驱动的是精确的直流，而其余各项保持相等，那么在阶段c)和d)，由电流源所驱动的电流，在TK和TK+1导通周期的全部时间内(如上所述，它们在名义上是相等的，并且在时间上错开)，大小相等而方向相反。这就意味着CK上的电荷，以相等的数额先负后正地发生变化，因此，在转换器的一个斩波周期内，它并不发生变化。