[发明专利]电压转换器、电气系统及其方法

权利要求书

1.一种电压转换器，包括：

以级联布置电耦合在一起的至少两个开关级，其中，所述开关级中的每个开关级包括具有第一端子、第二端子和控制端子的第一开关；

用于每个开关级的磁耦合元件，所述磁耦合元件将该开关级磁耦合到所述开关级中的至少一个其他开关级；

控制器，所述控制器能够操作成通过向所述开关级中的每个开关级的第一开关的相应的控制端子提供控制信号来控制所述开关级中的每个开关级的第一开关的切换，使得对于给定开关级，经由所述给定开关级的磁耦合元件在所述给定开关级和至少一个其他开关级之间磁性地传输电力；

用于耦合到输入电源的输入端，所述输入端电耦合到所述开关级中的至少第一开关级；以及

用于向负载提供电力的输出端，所述输出端电耦合到所述开关级中的至少第二开关级，

其中，所述输入端和所述输出端通过所述开关级中的至少一个开关级电连接。

2.根据权利要求1所述的电压转换器，

其中，所述开关级中的每个开关级还包括第二开关，所述第二开关具有第一端子、第二端子和控制端子，所述第二开关的第一端子在该开关级的开关节点处耦合到该开关级的第一开关的第二端子，以及

其中，对于所述开关级中的每个开关级，所述第一开关的第一端子和所述第二开关的第二端子形成该开关级的端子。

3.根据权利要求2所述的电压转换器，还包括：

第一链路电容器，所述第一链路电容器将所述开关级中的一个开关级的开关节点耦合到另一个开关级的开关节点。

4.根据权利要求2所述的电压转换器，

其中，所述控制器还能够操作成生成耦合到所述开关级的第一开关的相应的控制端子的第一脉冲宽度调制PWM信号，

其中，所述控制器还能够操作成生成耦合到所述开关级的第二开关的相应的控制端子的第二PWM信号，以及

其中，所述第一PWM信号和所述第二PWM信号交替地使所述开关级的第一开关和第二开关导通，使得所述第一开关在第一公共时间间隔内导通，并且所述第二开关在第二公共时间间隔内导通。

5.根据权利要求2所述的电压转换器，其中，所述开关级中的至少一个开关级以半桥拓扑配置。

6.根据权利要求1所述的电压转换器，还包括：

开关驱动器，所述开关驱动器被配置成驱动所述开关级的多个第一开关，所述开关驱动器直接连接至所述多个第一开关中的一个第一开关的控制端子并且通过包括链路电容器的自举开关驱动器连接至所述多个第一开关的其余第一开关中的每个第一开关。

7.根据权利要求1所述的电压转换器，

其中，所述开关级中的至少一个开关级以全桥拓扑配置，并且还包括：

第二开关，所述第二开关具有在第一桥开关节点处耦合到所述第一开关的第二端子的第一端子，其中，所述第一开关的第一端子和所述第二开关的第二端子分别形成该开关级的第一开关级端子和第二开关级端子；以及

在第二桥开关节点处连接的第三开关和第四开关，所述第三开关具有耦合到所述第一开关级端子的第一端子，并且所述第四开关具有耦合到所述第二开关级端子的第二端子，

其中，所述控制器能够操作成切换所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关，使得经由所述磁耦合元件在所述开关级的至少一个开关级和至少一个其他开关级之间磁性地传输电力。

8.根据权利要求1所述的电压转换器，其中，所述开关级中的至少两个开关级以不同的相应拓扑配置。

9.根据权利要求1所述的电压转换器，其中，基于所述电压转换器的开关频率、所述电压转换器的组合开关电容以及所述电压转换器的预定转换时间来选择用于给定开关级的磁耦合元件，以便对于所述给定开关级两端的预定电压范围，针对所述给定开关级内的一个或更多个开关，产生零电压开关ZVS、接近ZVS、零电流开关ZCS或接近ZCS中的至少一个。