[发明专利]多极变换器

说明书

本发明涉及法国专利申请FR 2 679 715 A1所述型式的多极变换器，以及使用该多极变换器的电源装置。

那个专利申请所述的变换器在附图1中举例示出。它在一个电压源SE与一个电流源C之间基本上包括一系列可控的开关单元CL1，CL2，…，CLn，这些开关元件各有两个开关T1，T’1；T2，T’2；…；Tn，T’n，这两个开关各有一个电极构成一对上游电极的一部分，以及这两个开关各有另一个电极构成一对下游电极的一部分，上游单元的下游电极对连接在下游单元的上游电极对上，并且第一单元CL1的上游电极对连接在所述电流源C上，而末尾单元CLn的下游电极对连接在所述电压源SE上，该变换器对于各单元还包括一个相应的电容器C1，C2，…，Cn，除了末尾单元的电容器在所述电压源SE适合于执行与电容器相同的作用时而可以省去之外，各电容器连接在构成其单元的下游电极对的两个电极之间，该变换器还有控制装置(未示出)，控制变换器的额定操作，并且以任何一个单元的两个开关总是处在各自相反的导通状态这样的方式(用控制链，例如1c1来表示)，用在按顺序排列的单元的开关上，这样响应所述控制装置发送的一个单元控制信号，在一个循环重复的变换器周期期间，给定单元中的两个开关中的一个接连处在第一导通状态，并且然后处在第二导通状态，并且这样响应波形完全相同但是按所述变换器周期的分数偏移一定时间的单元控制信号，按顺序排列的单元的开关以相同方式分别起作用，但是按一个周期的所述分数偏移一定时间。

最好是，一个周期的所述分数等于单元数n的倒数，即2π/n，这个倒数就输出端所产生的谐波来说为最优，并且它使变换器的电容器上的充电电压能够自然平衡。不过某种其它偏移亦是可能的。

在这样的变换器中，按顺序排列的电容器C1，C2，…Cn具有各自增加的平均充电电压，与各所述单元有关的电容器的平均充电电压等于变换器中单元数的倒数和单元的序号乘以所述电压源SE输出的电压VE而得到的乘积，即当n＝3时，亦即当变换器只有三个单元时，为VE/3，2VE/3，VE。

自然，只要n不小于2，以上所述适用于其它n值。

以下使用术语“多级变换器”，以指示满足以上所述的变换器。

本发明的目的是准备在这样一个多极变换器中按照以上所述来保持各电容器上的电荷，尽管必然要偏离额定操作条件。

为了更容易地检查电荷应该怎样在以上所述的多级变换器中的一个电容器上额定变化，参考图2，它表示一个任意开关单元CLk以及它的开关Tk和T’k，与该单元相关的电容器Ck，以及还有随后单元CLk+1和它的开关Tk+1和T’k+1。

给定各单元之内开关Tk与T’k或Tk+1与T’k+1之间的连接，则图2所示的两个相邻单元组CLk和CLk+1具有四个状态：

a)第一状态，这里Tk和Tk+1不导通，因此Ck上的电荷不变；

b)第二状态，这里Tk和Tk+1都导通，由于在那些情况下T’k和T’k+1不导通，因此Ck上的充电电压也不变；

c)第三状态，这里Tk导通且Tk+1不导通，在这种情况下电流源C强制一个等于I的电流Ik流过Tk，而通过T’k的电流I’k为零。正是Tk+1的状态强制电流Ik+1为零，而电流I’k+1等于I，因此通过电容器Ck的电流I’ck等于I；以及

d)第四状态，这里Tk不导通且Tk+1导通，因此电流源C强制一个等于I的电流Ik+1通过T’k，而通过Tk的电流Ik为零。Tk+1的状态强制电流Ik+1等于I，而电流I’k+1为零，因此通过电容器Ck的电流Ick等于I。

在上述第三和第四状态下，电流I’ck＝I’k+1和Ick＝Ik+1对电容器Ck供给相反符号的附加电荷；第一种情况被说成为负且第二种情况被说成为正。对应这两种状态的电流由电流源所强制。如果电流源强制一个完全精确的直流电流，并且所有其它因素保持等同，那么在状态c)和d)期间由电流源所强制的电流在整个Tk和Tk+1的导通期间总是相同并且取相反方向(如上所述，Tk和Tk+1的导通期间额定相等并且偏移一定时间)。这意味着Ck上的电荷作正变化，并且然后按相等量作负变化，因此它在变换器的一个周期中不变。