為了實(shí)現(xiàn)高功率密度，使用混合電感電容開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器。這些混合電感電容開(kāi)關(guān)可防止瞬態(tài)浪涌電流，這種電流通常會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電容轉(zhuǎn)換器的輸出損耗 [2-5]。許多不同的轉(zhuǎn)換器拓?fù)淇梢暂p松混合，并有助于從軟充電操作中受益。然而，圖 1 中的 Cockcroft-Walton 是首選拓?fù)?，因?yàn)樗峁┹^小的開(kāi)關(guān)和電容器電壓應(yīng)力 [6]。
    本文將討論三個(gè)貢獻(xiàn)。它將首先分析 N 相切換和分相切換 [6-7] 方案，對(duì)它們進(jìn)行比較并突出它們的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于小負(fù)載，N相方案效率更高，而分相方案適合較重負(fù)載。其次，CW 轉(zhuǎn)換器通過(guò)分相時(shí)鐘的應(yīng)用進(jìn)行了演示 [7,9]。第三，使用氮化鎵FET進(jìn)行了演示，產(chǎn)生了極高的功率密度，即483.3千瓦/升。這伴隨著柵極驅(qū)動(dòng)器集成電路和高密度隔離電平移位的應(yīng)用[9-11]。請(qǐng)?jiān)谶@里找到原始文章。

    圖 1：Cockcroft-Walton 轉(zhuǎn)換器電路
    在本文中，將討論 N 相和分相開(kāi)關(guān)技術(shù)。它還將重點(diǎn)關(guān)注離散原型和測(cè)量結(jié)果。
    操作原理
    N相開(kāi)關(guān)
    對(duì)于將 N 相時(shí)鐘方案應(yīng)用于 1:n 混合 LC CW 轉(zhuǎn)換器的 N = 5 電路，相位級(jí)數(shù)圖
    如圖 2 [1] 所示。當(dāng)單個(gè)
    有源電壓環(huán)路通過(guò)電感器時(shí)，每個(gè)開(kāi)關(guān)都會(huì)經(jīng)歷零電流開(kāi)關(guān)。為了監(jiān)控 N 相，通過(guò)
    將電流感應(yīng)硬件與電感器串聯(lián)來(lái)使用簡(jiǎn)化的電路。這減少了靜態(tài)電流消耗
    與使用多個(gè)傳感器的分相開(kāi)關(guān)進(jìn)行比較。該 N 相開(kāi)關(guān)電路顯示出平滑的正弦電壓轉(zhuǎn)換，并且沒(méi)有突然的電荷共享（圖 3）。為了獲得 160 歐姆的負(fù)載，需要使用 18 V 的輸入電壓和 N = 5 CW 轉(zhuǎn)換器 [1]。通過(guò)紅色開(kāi)關(guān)可以看到 S5、S6 和 S9 處的電壓應(yīng)力。這表明負(fù)載增加可能會(huì)增加內(nèi)部電壓紋波，從而產(chǎn)生反向體二極管導(dǎo)通[1]。如果二極管的正向較大或電壓較低，則由于二極管負(fù)載較重而導(dǎo)致的傳導(dǎo)損耗可能會(huì)導(dǎo)致效率降低。    使用 N 相開(kāi)關(guān)的 1:5 CW 轉(zhuǎn)換器

    圖 2：使用 N 相開(kāi)關(guān)的 1:5 CW 轉(zhuǎn)換器的不同相位

    N相開(kāi)關(guān)波形
    圖 3：N 相開(kāi)關(guān)波形
    分相切換
    分相時(shí)鐘方案能夠以更高的輸出功率實(shí)現(xiàn)更小的輸出電壓紋波。這是一種使用基于二極管的電感負(fù)載電荷泵的有源開(kāi)關(guān)方法[1]。它依賴(lài)于零電流開(kāi)關(guān)和時(shí)序敏感的零電壓開(kāi)關(guān)，因此，與 N 相開(kāi)關(guān)相比，它意味著額外的感測(cè)電路。    圖 4 中使用 1:5 CW 轉(zhuǎn)換器來(lái)演示分相操作。為了初始化主相，必須初始化其子相，而這些是通過(guò)滿(mǎn)足 ZVS 條件來(lái)完成的。這些條件讓開(kāi)關(guān) S6 啟動(dòng)階段 1，S5 和 S9 啟動(dòng)階段 2。為了啟動(dòng)階段 1b，VC3 = VC4。同樣，要進(jìn)入階段 2c，VC2 = VC3。快速電容器上的平滑電壓轉(zhuǎn)換表明平滑、無(wú)突變的傳輸。開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力如圖 5 所示，其中第 2 階段的 S5 和 S9 開(kāi)關(guān)以及第 1 階段的 S6 開(kāi)關(guān)的 ZVS 以綠色表示。

    1:5 CW 轉(zhuǎn)換器的不同相位
    圖 4：使用分相開(kāi)關(guān)的 1:5 CW 轉(zhuǎn)換器的不同相位
       圖 5：分相開(kāi)關(guān)波形
    比較
    與分相相比，N 相顯示出更好的開(kāi)關(guān)活動(dòng)，每個(gè)周期有 13 個(gè)開(kāi)關(guān)，分相僅顯示 9 個(gè)開(kāi)關(guān)，如圖 2 和圖 4 所示 [1]。然而，當(dāng)相同組件以諧振方式運(yùn)行時(shí)，N 相比分相慢 60%。因此，開(kāi)關(guān)損耗降低的 N 相對(duì)于輕負(fù)載而言非常高效。在商業(yè)應(yīng)用中，隨著傳感硬件要求的進(jìn)一步降低，這種效應(yīng)進(jìn)一步增強(qiáng)。然而，分相在較重負(fù)載下表現(xiàn)出更好的效率。
    體二極管導(dǎo)通效應(yīng)與 N 相方案不同，會(huì)降低其在重負(fù)載應(yīng)用中的效率 [1]。對(duì)于小于 2V 的反向偏壓，在分相開(kāi)關(guān)中，通過(guò)使用氮化鎵代替硅來(lái)增加本征體二極管的正向電壓 [1]。
    N 相和分相開(kāi)關(guān)可以使用相同的硬件，這使我們產(chǎn)生了用這兩種硬件形成電路的想法。這樣的電路似乎比單獨(dú)使用它們中的任何一個(gè)更有利。這有助于最大限度地提高整個(gè)開(kāi)關(guān)范圍內(nèi)的效率 [1]。兩個(gè)開(kāi)關(guān)的相級(jí)數(shù)中的相同相位可以充當(dāng)合并點(diǎn)，并且可以用于將電路從一種開(kāi)關(guān)方案轉(zhuǎn)換為另一種開(kāi)關(guān)方案[1]。
    動(dòng)態(tài)關(guān)斷時(shí)間調(diào)制或脈沖頻率調(diào)制可能進(jìn)一步提高兩個(gè)開(kāi)關(guān)的輕負(fù)載效率[1]。