[发明专利]开关电容转换器、用于转换电压电平的方法和电气系统

权利要求书

1.一种开关电容转换器，包括：

输入端；

输出端；

以级联布置的至少两个开关级，其中，至少第一开关级和第二开关级均包括：

第一半桥，其包括在第一开关节点处串联连接的第一高侧开关和第一低侧开关，以及

第二半桥，其包括在第二开关节点处串联连接的第二高侧开关和第二低侧开关，

其中，所述第一半桥和所述第二半桥并联连接；

第一电容器，其将所述第一开关级的第一开关节点耦接到所述第二开关级的第一开关节点；

第二电容器，其将所述第一开关级的第二开关节点耦接到所述第二开关级的第二开关节点；以及

控制器，其能够操作以生成：

第一开关控制信号，其控制所述第一开关级和所述第二开关级中的每一个的第一高侧开关，以及

第二开关控制信号，其控制所述第一开关级和所述第二开关级中的每一个的第二高侧开关。

2.根据权利要求1所述的开关电容转换器，

其中，所述第一开关控制信号还控制所述第一开关级和所述第二开关级中的每一个的第二低侧开关，

其中，所述第二开关控制信号还控制所述第一开关级和所述第二开关级中的每一个的第一低侧开关，以及

其中，所述第一开关控制信号和所述第二开关控制信号交替地提供有效电平，使得所述第一高侧开关和所述第二低侧开关在第一导通间隔内导通，并且所述第一低侧开关和所述第二高侧开关在第二导通间隔内导通，其中，所述第一导通间隔和所述第二导通间隔不交叠。

3.根据权利要求1所述的开关电容转换器，

其中，所述第一开关级和所述第二开关级均还包括第三半桥，所述第三半桥包括在第三开关节点处串联连接的第三高侧开关和第三低侧开关，所述第三半桥与所述第一半桥和所述第二半桥并联连接，以及

其中，所述开关电容转换器还包括第三电容器，所述第三电容器将所述第一开关级的第三开关节点耦接到所述第二开关级的第三开关节点。

4.根据权利要求1所述的开关电容转换器，还包括：

与所述第一电容器串联连接的第一谐振电感器。

5.根据权利要求1所述的开关电容转换器，

其中，确定所述第一开关级的第一开关节点和所述第二开关级的第一开关节点之间的第一谐振电感；以及

其中，基于所述第一谐振电感和所述第一电容器的第一电容来确定所生成的第一开关控制信号和第二开关控制信号的开关频率或脉冲宽度、或者开关频率和脉冲宽度两者，以针对所述第一开关级的第一高侧开关和第一低侧开关中的至少一个实现零电流开关ZCS或者近似ZCS。

6.根据权利要求1所述的开关电容转换器，还包括：

连接到所述第一开关级的第一磁耦合元件；以及

连接到所述第二开关级的第二磁耦合元件，

其中，能量经由所述第一磁耦合元件和所述第二磁耦合元件在所述第一开关级和所述第二开关级之间传递。

7.根据权利要求1所述的开关电容转换器，其中，所述控制器还被配置成：

输入对应于所述输出端的负载的所测量的电流或电压、或者所测量的电流和电压两者；

检测所测量的电流或电压低于阈值；

响应于所述检测，进入低电力工作模式，其中，所述第一开关控制信号和所述第二开关控制信号被修改成使得持续时间长于所述第一开关控制信号和所述第二开关控制信号的有效脉冲间隔的空闲间隔被插在所述第一开关控制信号和所述第二开关控制信号中的至少一个的有效脉冲之间。

8.根据权利要求7所述的开关电容转换器，其中，所述空闲间隔中的每一个的长度基于所测量的电流或电压、或者基于所测量的电流和电压两者。

9.根据权利要求7所述的开关电容转换器，其中，用于所述低电力工作模式的有效脉冲间隔与用于正常工作模式的有效脉冲间隔相同。