开关模式、高带宽、高阻抗电源
背景技术：1.功率仪器可以用于以高响应速度仿真功率源和汇点，诸如用于太阳能阵列模拟器或电子负载。为了实现非常高的输出阻抗和快速的瞬态响应，传统上使用由线性器件组成的输出级。这样的设计使用通常由晶体管(mosfet或bjt)、电流反馈以及用于调节晶体管的电流的运算放大器电路组成的电流源单元。晶体管被布置成与内部静态轨和耗电器负载串联。利用这种布置(通常被称为“gm单元”)，晶体管经受静态输入轨电压与耗电器输出电压之间的电压差并且承载全负载电流，导致大的功率耗散。在一种极端情况下，如果耗电器以非常低的输出电压和高的输出电流使用功率仪器，则在晶体管中内部耗散可能多于其额定输出功率。处理这种大功率耗散的能力需要积极的热管理，这以解决方案密度、解决方案成本、周围空气加热和增加的声学噪声为代价。在图1中示出了使用这种方法的电路。
附图说明
1.图1示出了现有技术的功率仪器的电路图。
2.图2示出了开关转换器的电路图。
3.图3示出了包括正dc轨和负dc轨的开关转换器的电路图。
4.图4示出了具有多相开关转换器拓扑的开关转换器的电路图。
5.图5示出了高带宽混合电流测量系统。
6.图6展示了逐周期电流信号校正。
具体实施方式
1.图2示出了开关转换器10的电路图。开关转换器通过使其晶体管在导通(短路)状态与断开(开路)状态之间快速切换来调节功率流。在这些状态中的每个状态中，转换器中的耗散功率理想地为零并且实际上较小。开关转换器的效率受到开关中的非理想性的限制。
2.开关转换器10被示出为包括开关11和开关12。开关11和开关12是在实现高效率的同时以非常高的频率开关的高速开关装置。高开关频率允许更高的控制带宽以及物理上更小的输出滤波器组件，并且高效率减小了热管理组件(风扇和散热器)的尺寸。例如，使用氮化镓(gan)晶体管来实现开关11和开关12使得能够在高于1mhz的开关频率下操作。高开关频率经由脉冲宽度调制器(pwm)14的采样率的相关增加以及通过减小与开关周期成比例的隐式延迟的减小来实现更宽的控制带宽。
3.例如，在图2中，开关11和开关12被表示为氮化镓(gan)功率晶体管，其中开关11的源极连接至开关12的漏极，dc轨功率源19连接在开关11的漏极与开关12的源极之间。开关11和开关12的栅极被脉冲宽度调制器14控制，使得当开关11导通时，开关12断开，并且当开关12导通时，开关11断开。
4.脉冲宽度调制器(pwm)14被比较器15控制，所述比较器将当前设定点23与在流经滤波电感13的电流的位置16处得出的电感器当前测量值进行比较。当电感器当前测量值下
降到低于当前设定点23时，比较器15向脉冲宽度调制器14发送信号以改变pwm输出端21和pwm输出端22上的脉冲宽度，相对于开关12导通的时间量来增加开关11导通的时间量。当电感器当前测量值高于当前设定点23时，比较器15向脉冲宽度调制器14发送信号以改变pwm输出端21和pwm输出端22上的脉冲宽度，以相对于开关11导通的时间量来增加开关12导通的时间量。
5.由电感13和电容17组成的滤波电路提供一阶滤波，以使来自开关11和开关12的信号平滑，从而向用户负载18呈现近似dc信号。
6.为了提高零伏下的响应性。可以添加负dc轨功率源。例如，图3示出了包括开关31和开关32的开关转换器30。如图所示，正dc轨39与负dc轨40串联连接。例如，开关31和开关32被表示为氮化镓(gan)功率晶体管，其中开关31的源极连接至开关32的漏极，开关31的漏极连接至正dc轨39，并且开关32的源极连接至负dc轨40，如图所示。开关31和开关32的栅极被脉冲宽度调制器34控制，使得当开关31导通时，开关32断开，并且当开关32导通时，开关31断开。
7.脉冲宽度调制器34被比较器35控制，所述比较器将当前设定点43与在流经滤波电感33的电流的位置36处得出的电感器当前测量值进行比较。当电感器当前测量值下降到低于当前设定点43时，比较器35向脉冲宽度调制器34发送信号以改变pwm输出端41和pwm输出端42上的脉冲宽度，相对于开关32导通的时间量来增加开关31导通的时间量。当电感器当前测量值高于当前设定点43时，比较器35向脉冲宽度调制器34发送信号以改变pwm输出端41和pwm输出端42上的脉冲宽度，以相对于开关31导通的时间量来增加开关32导通的时间量。
8.由电感33和电容37组成的滤波电路提供一阶滤波，以使来自开关31和开关32的信号平滑，从而向用户负载38呈现近似dc信号。用户负载38和电容37并联连接在位置36与正轨39和负dc轨40连结的节点之间，如图3所示。开关31和开关32是在实现高效率的同时以非常高的频率开关的高速开关装置。
9.在一种应用中，开关转换器30可以用于在与分路开关调节器对接时仿真太阳能板的行为。例如，开关转换器30用于仿真太阳能板(具有高输出阻抗的电流源)的输出特性，而分路开关调节器在使解决方案的输出端子短路和将输出钳位到大dc轨之间反复交替。这需要转换器在0v下非常具有响应性。传统的降压转换器在这个区域中有问题，因为它们不能输出负电压并且在0v下失去顺从性，使调制器在0％占空比(q2恒定导通)处饱和。在此过程期间，输出电流环路可能饱和，因为它不再能够实现期望的设定点，导致响应延迟和电流过冲。由开关转换器30使用的非对称轨设置允许将平均电感器电压平滑地调制到必要的负电平，以在整个操作区域上实现均匀环路响应。生成少量负电压的能力允许开关转换器30在高速分路开关操作期间减小流经电感33的过量电流。在开关31和开关32两端存在的净电压确定电感33中的纹波电流以及开关31和开关32中的开关损耗。因此，负dc轨40的负轨电压被选择为仅与提供所需要的负电压能力所需一样大，而不是全双极输出电压操作。负dc轨40被配置成灌和拉电流以维持恒定电压。
10.图4示出了使用四个相同功率级的开关转换器，其中所述四个相同功率级的开关周期的相对相位偏移四分之一周期。所述四个功率级被布置成串联连接的两个单元。第一单元50包括并联布置的第一功率级和第二功率级。第二单元70包括并联布置的第三功率级
和第四功率级。这种布置使每个功率级的开关电压降低至2分之一，进而减少了在选定的开关频率下在耗散中占主因的电容开关损耗。
11.第一功率级包括开关51和开关52。如图所示，正dc轨59与负dc轨69串联连接。例如，开关51和开关52被表示为氮化镓(gan)功率晶体管，其中开关51的源极连接至开关52的漏极，开关51的漏极连接至正dc轨59，并且开关52的源极连接至负dc轨69，如图所示。开关51和开关52的栅极被脉冲宽度调制器54控制，使得当开关51导通时，开关52断开，并且当开关52导通时，开关51断开。
12.脉冲宽度调制器54被比较器55控制，所述比较器将当前设定点58与位置56处得出的电感器当前测量值进行比较。电感器当前测量值是基于位置56处的电流而变化的当前测量电压。当电感器当前测量值下降到低于当前设定点58时，比较器55向脉冲宽度调制器54发送信号以改变脉冲宽度，以相对于开关52导通的时间量来增加开关51导通的时间量。当电感器当前测量值高于当前设定点58时，比较器55向脉冲宽度调制器54发送信号以改变脉冲宽度，以相对于开关51导通的时间量来增加开关52导通的时间量。
13.第二功率级包括开关61和开关62。例如，开关61和开关62被表示为氮化镓(gan)功率晶体管，其中开关61的源极连接至开关62的漏极，开关61的漏极连接至正dc轨59，并且开关62的源极连接至负dc轨69，如图所示。开关61和开关62的栅极被脉冲宽度调制器64控制，使得当开关61导通时，开关62断开，并且当开关62导通时，开关61断开。
14.脉冲宽度调制器64被比较器65控制，所述比较器将当前设定点68与位置66处得出的电感器当前测量值进行比较。当电感器当前测量值下降到低于当前设定点68时，比较器65向脉冲宽度调制器64发送信号以改变脉冲宽度，以相对于开关62导通的时间量来增加开关61导通的时间量。当电感器当前测量值高于当前设定点68时，比较器65向脉冲宽度调制器64发送信号以改变脉冲宽度，以相对于开关61导通的时间量来增加开关62导通的时间量。
15.第三功率级包括开关71和开关72。如图所示，正dc轨79与负dc轨89串联连接。例如，开关71和开关72被表示为氮化镓(gan)功率晶体管，其中开关71的源极连接至开关72的漏极，开关71的漏极连接至正dc轨79，并且开关72的源极连接至负dc轨89，如图所示。开关71和开关72的栅极被脉冲宽度调制器74控制，使得当开关71导通时，开关72断开，并且当开关72导通时，开关71断开。
16.脉冲宽度调制器74被比较器75控制，所述比较器将当前设定点78与位置76处得出的电感器当前测量值进行比较。当电感器当前测量值下降到低于当前设定点78时，比较器75向脉冲宽度调制器74发送信号以改变脉冲宽度，以相对于开关72导通的时间量来增加开关71导通的时间量。当电感器当前测量值高于当前设定点78时，比较器75向脉冲宽度调制器74发送信号以改变脉冲宽度，以相对于开关71导通的时间量来增加开关72导通的时间量。
17.第四功率级包括开关81和开关82。例如，开关81和开关82被表示为氮化镓(gan)功率晶体管，其中开关81的源极连接至开关82的漏极，开关81的漏极连接至正dc轨79，并且开关82的源极连接至负dc轨89，如图所示。开关81和开关82的栅极被脉冲宽度调制器84控制，使得当开关81导通时，开关82断开，并且当开关82导通时，开关81断开。
18.脉冲宽度调制器84被比较器85控制，所述比较器将当前设定点88与位置86处得出
的电感器当前测量值进行比较。当电感器当前测量值下降到低于当前设定点88时，比较器85向脉冲宽度调制器84发送信号以改变脉冲宽度，以相对于开关82导通的时间量来增加开关81导通的时间量。当电感器当前测量值高于当前设定点88时，比较器85向脉冲宽度调制器84发送信号以改变脉冲宽度，以相对于开关81导通的时间量来增加开关82导通的时间量。
19.第一功率级和第二功率级维持位置99与位置96之间的电压。第三功率级和第四功率级维持位置97与位置99之间的电压。位置97处的电压是电路的公共电压。位置99具有与正dc轨59的负输出端连接负dc轨69的正输出端之处所存在的相同的电压。
20.用于使位置96与位置97之间的电流差平滑的第一级滤波由连接至开关51和开关52的电感53、连接至开关61和开关62的电感63、连接至开关71和开关72的电感73、连接至开关81和开关82的电感83、如图所示连接的滤波器电容57、电阻67、滤波器电容77和电阻87构成。此外，谐振陷波器91用于对谐振信号进行滤波。由电感92、电容93、电阻器94和电容95组成的第二级滤波器提供额外的滤波，以便在负载98上呈现经滤波的dc信号。
21.由于由开关系统生成的大部分输出噪声发生在已知频率，串联谐振网络可以被设计为呈现非常低的阻抗，其被精确地消除那些频率处的纹波，由此减少在输出端处看到的纹波。以此方式使用谐振网络允许以较小的输出电容实现与传统低通滤波方法相同的噪声性能。这提供了减小物理尺寸和更高输出阻抗的益处。第二级滤波器用于滤除非常高的频率尖峰，同时还隔离了由于谐振滤波而引起的输出阻抗中的陷波。
22.在位置56、位置66、位置76和位置86处的电感器当前测量以使测量延迟最小化的方式进行。例如，混合电路方法用于提供反映第一级电感器中的电流的宽带隔离电流测量信号。所述信号是通过将低带宽、dc耦合信号和高带宽ac耦合信号组合而产生的。通过使用分路和隔离电压放大器来生成低频信号。高频信号来源于集成到第一级电感器中的感测绕组，所述感测绕组提供表示施加到电感器的ac电压的高保真隔离信号。这两个信号被馈送到加法放大器，所述加法放大器对其进行滤波和混合，从而产生在感兴趣的频率范围上具有平坦增益响应的组合信号。
23.宽带宽、良好额准确性以及具有优异共模抑制的隔离的组合对于实现高性能内部电流环路至关重要。脉冲宽度调制器增益作为第一级电容器电压的函数，在维持全带宽的同时产生逐周期平均电流环路。电流反馈的平坦增益产生高输出电阻，其在宽范围的耗电器负载电感上提供一致的增益，从而使外部电流调节环路的性能最大化。
24.例如，图5示出了如上所述来起作用的混合电路。在混合电路中，开关101相当于图3所示的开关31。开关102相当于开关32。电感器103相当于电感器33。电容107相当于电容器37。
25.具有集成的感测绕组的滤波电感器11产生-hf信号112和+hf信号113。隔离放大器增益电路测量分路电阻114两端的电流以产生+lf信号116和-lf信号112。
26.为了生成用于比较器(诸如图3中的比较器35)的电感器当前测量信号，例如，运算放大器105、电阻132、电阻137、电阻133、电阻136、电阻122、电阻124、电容121和电容123如图5所示被连接。电感器当前测量信号125用作用于输入到比较器(诸如图3中的比较器35)的电感器当前测量信号。
27.例如，在脉冲宽度调制器54、脉冲宽度调制器64、脉冲宽度调制器74和脉冲宽度调
制器84中的每一个内，可以通过根据第一级电容器电压调整脉冲宽度调制器的增益来修改峰值电流模式控制，从而在维持全带宽的同时产生逐周期平均电流环路。电流反馈的平坦增益产生高输出电阻，其在整个用户负载的宽范围负载电感上提供一致的增益，从而使外部电流调节环路的性能最大化。这在图6中展示。
28.图6是简化图，其中轴201表示电流，并且轴202表示时间。将电感器斜率消除斜坡信号206添加到电感器电流信号205以产生经调整的电流反馈信号204。电感器斜率消除斜坡信号206的斜率是第一级电容器电压(例如，图3中示出的电容器37两端的电压)的函数，并且被设计成具有存在于具有相反极性的电感器电流信号20的下降斜率上的斜率的一半量。通过将电感器斜率消除斜坡信号206与电感器电流信号205组合，减去信号中的峰值至峰值纹波的一半，导致在图6所示的位置207处，信号具有的值203等于pwm比较器跳变(trip)瞬间的电感器电流的平均值。
29.使用这种技术，产生电流反馈信号，其在表示电感器电流的平均值的同时保持电感器电流的全带宽，而无论操作点如何。总之，这种高带宽和操作点独立性使得能够实现最高可能的输出阻抗，同时维持环路稳定性。
30.虽然这里附图中的开关被表示为各自具有源极、漏极和栅极的氮化镓(gan)功率晶体管，但是可以使用其他类型的技术来实现开关。例如，作为诸如gan功率晶体管的mosfet的替代方案，可以使用双极型(双极)或者具有控制端子、正端子和负端子的任何其他类型的晶体管或开关。开关的控制端子的例子包括npn晶体管的基极端子、pnp晶体管的基极端子、n沟道mosfet的栅极端子和p沟道mosfet的栅极端子。开关的正端子的例子包括npn晶体管的集电极端子、pnp晶体管的发射极端子、n沟道mosfet的漏极端子和p沟道mosfet的源极端子。开关的负端子的例子包括npn晶体管的发射极端子、pnp晶体管的集电极端子、n沟道mosfet的源极端子和p沟道mosfet的漏极端子。
31.前述讨论仅公开和描述了示例性方法和实施方案。例如，可以通过消除单元2并且将位置97连接至位置99以提供电路的公共电压来改变图4。替代性地，可以保留这两个单元，但是通过在每个单元中去除底部的两个开关及其相关联的pwm、电感器和比较器来去除并行性。
32.如本领域技术人员将理解的，所公开的主题在不脱离其精神或特性的情况下可以以其他具体形式体现。因此，本公开文本旨在说明而非限制所附权利要求中阐述的本发明的范围。
33.本发明还包括如下项：1.一种开关转换器，其包括：第一单元，所述第一单元包括：第一单元输出端，第一直流轨功率负端子，所述第一直流轨功率负端子具有：第一正输出端，以及第一负输出端，第二直流轨功率负端子，所述第二直流轨功率负端子具有：第二负输出端，以及连接至所述第一负输出端的第二正输出端，
第一开关，所述第一开关具有：连接至所述第一正输出端的第一正端子，第一负端子，以及第一控制端子，第二开关，所述第二开关具有：连接至所述第一负端子的第二正端子，连接至所述第二负输出端的第二负端子，以及第二控制端子，第一脉冲宽度调制器，所述第一脉冲宽度调制器具有：连接至所述第一控制端子的第一调制器输出端，连接至所述第二控制端子的第二调制器输出端，连接在所述第一单元输出端与所述第一负端子之间的第一电感，以及第一比较器，所述第一比较器基于当前测量电压与第一设定点电压之间的电压差异来控制所述第一脉冲宽度调制器，所述当前测量电压基于电流第一电感而变化；以及第二单元，所述第二单元包括：第二单元输出端，第三直流轨功率负端子，所述第三直流轨功率负端子具有：第三正输出端，以及连接至所述第二单元输出端的第三负输出端，第四第二直流轨功率负端子，所述第四第二直流轨功率负端子具有：第四负输出端，以及连接至所述第三负输出端的第四正输出端，第三开关，所述第三开关具有：连接至所述第三正输出端的第三正端子，第三负端子，以及第三控制端子，第四开关，所述第四开关具有：连接至所述第三负端子的第四正端子，连接至所述第四负输出端的第四负端子，以及第四控制端子，第二脉冲宽度调制器，所述第二脉冲宽度调制器具有：连接至所述第三控制端子的第三调制器输出端，连接至所述第四控制端子的第四调制器输出端，连接在所述第一负输出端与所述第三负端子之间的第二电感，以及第二比较器，所述第二比较器基于当前测量电压与第二设定点电压之间的电压差异来控制所述第二脉冲宽度调制器，所述当前测量电压基于穿过所述第二电感的电流而变化。2.根据项1所述的开关转换器，其中：所述第一单元另外包括：
第五开关，所述第五开关具有：连接至所述第一正输出端的第五正端子，第五负端子，以及第五控制端子，第六开关，所述第六开关具有：连接至所述第五负端子的第六正端子，连接至所述第二负输出端的第六负端子，以及第六控制端子，第三脉冲宽度调制器，所述第三脉冲宽度调制器具有：连接至所述第五控制端子的第五调制器输出端，连接至所述第六控制端子的第六调制器输出端，连接在所述第一单元输出端与所述第五负端子之间的第三电感，第三比较器，所述第三比较器基于所述当前测量电压与第三设定点电压之间的电压差异来控制所述第三脉冲宽度调制器，所述当前测量电压基于穿过所述第三电感的电流而变化；所述第二单元另外包括：第七开关，所述第七开关具有：连接至所述第三正输出端的第七正端子，第七负端子，以及第七控制端子，第八开关，所述第八开关具有：连接至所述第七负端子的第八正端子，连接至所述第四负输出端的第八负端子，以及第八控制端子，第四脉冲宽度调制器，所述第四脉冲宽度调制器具有：连接至所述第七控制端子的第七调制器输出端，以及连接至所述第八控制端子的第八调制器输出端，连接在所述第一负输出端与所述第七负端子之间的第四电感，以及第四比较器，所述第四比较器基于所述当前测量电压与第四设定点电压之间的电压差异来控制所述第四脉冲宽度调制器，所述当前测量电压基于穿过所述第四电感的电流而变化。3.根据项2所述的开关转换器，其中所述第一脉冲宽度调制器、所述第二脉冲宽度调制器、所述第三脉冲宽度调制器和所述第四脉冲宽度调制器的开关周期彼此偏移四分之一周期。4.根据项2所述的开关转换器，另外包括：在所述第一单元输出端与所述第一直流轨功率负端子的所述第一负输出端之间串联连接的第一电容和第一电阻；以及在所述第一直流轨功率负端子的所述第一负输出端与所述第二单元输出端之间串联连接的第二电容和第二电阻。
5.根据项2所述的开关转换器，另外包括：连接在所述第一单元输出端与所述第二单元输出端之间的谐振陷波器，所述谐振陷波器包括串联连接的第五电感、第一电容和第一电阻。6.根据项2所述的开关转换器，另外包括：连接在所述第一单元输出端与所述第二单元输出端之间的多个谐振陷波器，所述多个谐振陷波器中的每个谐振陷波器包括串联连接的第五电感、第一电容和第一电阻。7.根据项2所述的开关转换器，另外包括：谐振滤波器，所述谐振滤波器包括：连接在所述第一单元输出端与用户负载的第一端之间的第五电感，所述用户负载的第二端连接至所述第二单元输出端，以及连接在所述用户负载的所述第一端与所述用户负载的所述第二端之间的第一电容。8.根据项7所述的开关转换器，其中所述谐振滤波器另外包括：在所述用户负载的所述第一端与所述用户负载的所述第二端之间串联连接的第一电阻和第二电容。9.根据项2所述的开关转换器，其中所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关、所述第六开关、所述第七开关和所述第八开关是氮化镓(gan)晶体管。10.根据项1所述的开关转换器，另外包括：在所述第一单元输出端与所述第一直流轨功率负端子的所述第一负输出端之间串联连接的第一电容和第一电阻；以及在所述第二单元输出端与所述第一直流轨功率负端子的所述第一负输出端之间串联连接的第二电容和第二电阻。11.根据项1所述的开关转换器，另外包括：连接在所述第一单元输出端与所述第二单元输出端之间的谐振陷波器，所述谐振陷波器包括串联连接的第三电感、第一电容和第一电阻。12.根据项1所述的开关转换器，另外包括：连接在所述第一单元输出端与所述第二单元输出端之间的多个谐振陷波器，所述多个谐振陷波器中的每个谐振陷波器包括串联连接的第三电感、第一电容和第一电阻。13.根据项1所述的开关转换器，另外包括：谐振滤波器，所述谐振滤波器包括：连接在所述第一单元输出端与用户负载的第一端之间的第三电感，所述用户负载的第二端连接至所述第二单元输出端，以及连接在所述用户负载的所述第一端与所述用户负载的所述第二端之间的第一电容。14.根据项13所述的开关转换器，其中所述谐振滤波器另外包括：在所述用户负载的所述第一端与所述用户负载的所述第二端之间串联连接的第一电阻和第二电容。15.根据项1所述的开关转换器，其中所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关
和所述第四开关是氮化镓(gan)晶体管。16.一种开关转换器，其包括：第一开关转换器级，所述第一开关转换器级具有第一开关级转换器输出端和第二开关级转换器输出端；以及第二开关转换器级，所述第二开关转换器级具有第一开关级转换器输出端和第二开关级转换器输出端；其中所述第二开关转换器级的所述第一开关级转换器输出端连接至所述第一开关转换器级的所述第二开关级转换器输出端；其中用户负载连接在所述第二开关转换器级的所述第二开关级转换器输出端与所述第一开关转换器级的所述第一开关级转换器输出端之间；并且其中所述第一开关转换器级和所述第二开关转换器级各自包括：第一直流轨功率负端子，所述第一直流轨功率负端子具有：第一正输出端，以及连接至所述第二开关级开关级转换器输出端的第一负输出端，第二直流轨功率负端子，所述第二直流轨功率负端子具有：第二负输出端，以及连接至所述第一正输出端的第二正输出端，第一开关，所述第一开关具有：连接至所述第一正输出端的第一正端子，第一负端子，以及第一控制端子，第二开关，所述第二开关具有：连接至所述第一负端子的第二正端子，连接至所述第二负输出端的第二负端子，以及第二控制端子，脉冲宽度调制器，所述脉冲宽度调制器具有：连接至所述第一控制端子的第一调制器输出端，以及连接至所述第二控制端子的第二调制器输出端，连接在所述第一开关级转换器输出端与所述第一负端子之间的电感，以及比较器，所述比较器基于当前测量电压与第一设定点电压之间的电压差异来控制所述第一脉冲宽度调制器，所述当前测量电压基于穿过所述电感的电流而变化。17.根据项16所述的开关转换器，其中所述第一开关和所述第二开关是氮化镓(gan)晶体管。18.根据项16所述的开关转换器，另外包括：与所述第一开关转换器并联连接的第三开关转换器级；以及与所述第二开关转换器并联连接的第四开关转换器级。19.根据项18所述的开关转换器，其中所述第一开关转换器级、所述第二开关转换器级、所述第三开关转换器级和所述第四开关转换器级内的脉冲宽度调制器的开关周期彼此偏移四分之一周期。
20.一种开关转换器，其包括：转换器输出端；第一直流轨功率负端子，所述第一直流轨功率负端子具有：第一正输出端，以及第一负输出端；第二直流轨功率负端子，所述第二直流轨功率负端子具有：第二负输出端，以及连接至所述第一负输出端的第二正输出端，第一开关级，所述第一开关级包括：第一开关，所述第一开关具有：连接至所述第一正输出端的第一正端子，第一负端子，以及第一控制端子，第二开关，所述第二开关具有：连接至所述第一负端子的第二正端子，连接至所述第二负输出端的第二负端子，以及第二控制端子，第一脉冲宽度调制器，所述第一脉冲宽度调制器具有：连接至所述第一控制端子的第一调制器输出端，连接至所述第二控制端子的第二调制器输出端，连接在所述转换器输出端与所述第一负端子之间的第一电感，以及第一比较器，所述第一比较器基于当前测量电压与第一设定点电压之间的电压差异来控制所述第一脉冲宽度调制器，所述当前测量电压基于电流第一电感而变化；以及第二开关级，所述第二开关级包括：第三开关，所述第三开关具有：连接至所述第一正输出端的第三正端子，第三负端子，以及第三控制端子，第四开关，所述第四开关具有：连接至所述第三负端子的第四正端子，连接至所述第四负输出端的第四负端子，以及第四控制端子，第二脉冲宽度调制器，所述第二脉冲宽度调制器具有：连接至所述第三控制端子的第三调制器输出端，连接至所述第四控制端子的第四调制器输出端，连接在所述转换器输出端与所述第三负端子之间的第二电感，以及第二比较器，所述第二比较器基于当前测量电压与第二设定点电压之间的电压差异来控制所述第二脉冲宽度调制器，所述当前测量电压基于穿过所述第二电感的电流而变化。
技术特征：1.一种开关转换器(10)，其包括：第一单元(50)，所述第一单元(50)包括：第一单元(50)输出端，第一直流轨功率负端子，所述第一直流轨功率负端子具有：第一正输出端，以及第一负输出端，第二直流轨功率负端子，所述第二直流轨功率负端子具有：第二负输出端，以及连接至所述第一负输出端的第二正输出端，第一开关(101)，所述第一开关具有：连接至所述第一正输出端的第一正端子，第一负端子，以及第一控制端子，第二开关(101)，所述第二开关具有：连接至所述第一负端子的第二正端子，连接至所述第二负输出端的第二负端子，以及第二控制端子，第一脉冲宽度调制器(14)，所述第一脉冲宽度调制器具有：连接至所述第一控制端子的第一调制器输出端，连接至所述第二控制端子的第二调制器输出端，连接在所述第一单元(50)输出端与所述第一负端子之间的第一电感(13)，以及第一比较器(15)，所述第一比较器基于当前测量电压与第一设定点电压之间的电压差异来控制所述第一脉冲宽度调制器(14)，所述当前测量电压基于电流第一电感(13)而变化；以及第二单元(70)，所述第二单元包括：第二单元(70)输出端，第三直流轨功率负端子，所述第三直流轨功率负端子具有：第三正输出端，以及连接至所述第二单元(70)输出端的第三负输出端，第四第二直流轨功率负端子，所述第四第二直流轨功率负端子具有：第四负输出端，以及连接至所述第三负输出端的第四正输出端，第三开关(101)，所述第三开关具有：连接至所述第三正输出端的第三正端子，第三负端子，以及第三控制端子，第四开关(101)，所述第四开关具有：连接至所述第三负端子的第四正端子，连接至所述第四负输出端的第四负端子，以及
第四控制端子，第二脉冲宽度调制器(14)，所述第二脉冲宽度调制器具有：连接至所述第三控制端子的第三调制器输出端，连接至所述第四控制端子的第四调制器输出端，连接在所述第一负输出端与所述第三负端子之间的第二电感(13)，以及第二比较器(15)，所述第二比较器基于当前测量电压与第二设定点电压之间的电压差异来控制所述第二脉冲宽度调制器(14)，所述当前测量电压基于穿过所述第二电感(13)的电流而变化。2.根据权利要求1所述的开关转换器(10)，其中：所述第一单元(50)另外包括：第五开关(101)，所述第五开关(101)具有：连接至所述第一正输出端的第五正端子，第五负端子，以及第五控制端子，第六开关(101)，所述第六开关(101)具有：连接至所述第五负端子的第六正端子，连接至所述第二负输出端的第六负端子，以及第六控制端子，第三脉冲宽度调制器(14)，所述第三脉冲宽度调制器具有：连接至所述第五控制端子的第五调制器输出端，连接至所述第六控制端子的第六调制器输出端，连接在所述第一单元(50)输出端与所述第五负端子之间的第三电感(13)，第三比较器(15)，所述第三比较器基于所述当前测量电压与第三设定点电压之间的电压差异来控制所述第三脉冲宽度调制器(14)，所述当前测量电压基于穿过所述第三电感(13)的电流而变化；所述第二单元(70)另外包括：第七开关(101)，所述第七开关(101)具有：连接至所述第三正输出端的第七正端子，第七负端子，以及第七控制端子，第八开关(101)，所述第八开关(101)具有：连接至所述第七负端子的第八正端子，连接至所述第四负输出端的第八负端子，以及第八控制端子，第四脉冲宽度调制器(14)，所述第四脉冲宽度调制器具有：连接至所述第七控制端子的第七调制器输出端，以及连接至所述第八控制端子的第八调制器输出端，连接在所述第一负输出端与所述第七负端子之间的第四电感(13)，以及第四比较器(15)，所述第四比较器(15)基于所述当前测量电压与第四设定点电压之间
的电压差异来控制所述第四脉冲宽度调制器(14)，所述当前测量电压基于穿过所述第四电感(13)的电流而变化。3.根据权利要求2所述的开关转换器(10)，其中所述第一脉冲宽度调制器(14)、所述第二脉冲宽度调制器(14)、所述第三脉冲宽度调制器(14)和所述第四脉冲宽度调制器(14)的开关周期彼此偏移四分之一周期。4.根据权利要求2所述的开关转换器(10)，另外包括：在所述第一单元(50)输出端与所述第一直流轨功率负端子的所述第一负输出端之间串联连接的第一电容(107)和第一电阻(122)；以及在所述第一直流轨功率负端子的所述第一负输出端与所述第二单元(70)输出端之间串联连接的第二电容(107)和第二电阻(122)。5.根据权利要求2所述的开关转换器(10)，另外包括：连接在所述第一单元(50)输出端与所述第二单元(70)输出端之间的谐振陷波器，所述谐振陷波器包括串联连接的第五电感(13)、第一电容(107)和第一电阻(122)。6.根据权利要求2所述的开关转换器(10)，另外包括：连接在所述第一单元(50)输出端与所述第二单元(70)输出端之间的多个谐振陷波器(91)，所述多个谐振陷波器中的每个谐振陷波器包括串联连接的第五电感(13)、第一电容(107)和第一电阻(122)。7.根据权利要求2所述的开关转换器(10)，另外包括：谐振滤波器，所述谐振滤波器包括：连接在所述第一单元(50)输出端与用户负载(18)的第一端之间的第五电感(13)，所述用户负载(18)的第二端连接至所述第二单元(70)输出端，以及连接在所述用户负载(18)的所述第一端与所述用户负载(18)的所述第二端之间的第一电容(107)。8.根据权利要求7所述的开关转换器(10)，其中所述谐振滤波器另外包括：在所述用户负载(18)的所述第一端与所述用户负载(18)的所述第二端之间串联连接的第一电阻(122)和第二电容(107)。9.根据权利要求2所述的开关转换器(10)，其中所述第一开关(101)、所述第二开关(101)、所述第三开关(101)、所述第四开关(101)、所述第五开关(101)、所述第六开关(101)、所述第七开关(101)和所述第八开关(101)是氮化镓(gan)晶体管。10.根据权利要求1所述的开关转换器(10)，另外包括：在所述第一单元(50)输出端与所述第一直流轨功率负端子的所述第一负输出端之间串联连接的第一电容(107)和第一电阻(122)；以及在所述第二单元(70)输出端与所述第一直流轨功率负端子的所述第一负输出端之间串联连接的第二电容(107)和第二电阻(122)。
技术总结本申请涉及开关模式、高宽带、高阻抗电源，具体地说，本申请涉及：一种开关转换器(10)具有用于连接至用户负载(18)的第一转换器输出端和用于连接至所述用户负载(18)的第二转换器输出端。第一直流轨功率负端子具有第一正输出端和连接至所述第二转换器输出端的第一负输出端。第二直流轨功率负端子具有第二负输出端和连接至所述第一正输出端的第二正输出端。第一开关(101)具有连接至所述第一正输出端的第一正端子、第一负端子、以及第一控制端子。第二开关(101)具有连接至所述第一负端子的第二正端子、连接至所述第二负输出端的第二负端子、以及第二控制端子。脉冲宽度调制器(14)具有连接至所述第一控制端子的第一调制器输出端以及连接至所述第二控制端子的第二调制器输出端。电感(13)连接在所述第一转换器输出端与所述第一负端子之间。比较器(15)基于当前测量电压与第一设定点电压之间的电压差异来控制所述第一脉冲宽度调制器(14)，所述当前测量电压基于穿过所述电感(13)的电流而变化。电压基于穿过所述电感(13)的电流而变化。
技术研发人员：P
受保护的技术使用者：是德科技股份有限公司
技术研发日：2022.04.29
技术公布日：2022/11/1
