堆叠电容耦合谐振双有源桥dc-dc转换器
1.相关申请的交叉引用本技术要求2019年10月30日提交的美国申请no.62/927869的权益，其通过引用将其全部并入本文。
技术领域
2.本发明一般涉及dc-dc转换器，并且更特别地，涉及堆叠电容耦合谐振双有源桥dc-dc转换器。
背景技术：
3.传统的制冷货物卡车或制冷牵引式挂车（诸如用来经由海路、铁路或公路运输货物的那些制冷货物卡车或制冷牵引式挂车）是通常限定货物隔间并被修改成包括位于卡车、挂车或货物容器的一端处的制冷系统的卡车、挂车或货物容器。制冷系统通常包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，所述压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器根据已知的制冷剂蒸汽压缩循环在闭合制冷剂回路中通过制冷剂管线串联连接。诸如内燃机之类的功率单元驱动制冷单元的压缩机，并且可以是柴油动力的、天然气动力的或其它类型的引擎。在许多牵引式挂车运输制冷系统中，压缩机由引擎轴通过带式驱动或通过机械轴到轴连杆（link）来驱动。在其它系统中，制冷单元的引擎驱动产生电功率的发电机，所述发电机继而驱动压缩机。
4.在当前的环境趋势的情况下，运输制冷单元中的改进（特别是朝向效率、声音和环境影响的方面）是期望的。在环境友好的制冷单元的情况下，可靠性、成本和重量减少中的改进也是期望的。
技术实现要素：
5.本发明的实施例针对系统。所述系统的非限制性示例包括：第一相电路（phase circuit）拓扑，所述第一相电路拓扑包括功率源和功率逆变器电路，包括第一lc电路和第二lc电路的多个lc电路；以及第二相电路拓扑，所述第二相电路拓扑包括多个ac-dc转换器电路，所述多个ac-dc转换器电路包括第一ac-dc转换器电路和第二ac-dc转换器电路，其中所述第一ac-dc转换器电路与所述第二ac-dc转换器电路处于并行配置中，其中所述第一lc电路将所述第一相电路拓扑耦合到所述第一ac-dc转换器，并且其中所述第二lc电路将第一相电路拓扑耦合到所述第二ac-dc转换器。
6.本发明的实施例针对系统。所述系统的非限制性示例包括：第一相电路拓扑，所述第一相电路拓扑包括功率源和功率逆变器电路，包括第一lc电路和第二lc电路的多个lc电路，包括第一开关和第二开关的多个开关；以及第二相电路拓扑，所述第二相电路拓扑包括多个ac-dc转换器电路，所述多个ac-dc转换器电路包括第一ac-dc转换器电路和第二ac-dc转换器电路，其中所述第一ac-dc转换器电路与所述第二ac-dc转换器电路处于并行配置中，其中所述第一开关将所述第一相电路拓扑耦合到所述第一lc电路，其中所述第一lc电
路将所述第一开关耦合到所述第一ac-dc转换器，其中所述第二开关将所述第一相电路拓扑耦合到所述第二lc电路，其中所述第二lc电路将所述第二开关耦合到所述第二ac-dc转换器；以及控制器，所述控制器被配置成操作所述第一开关以控制所述第一ac-dc转换器电路，并且操作所述第二开关以控制所述第二ac-dc转换器电路。
7.附加技术特征和益处通过本发明的技术来实现。本发明的实施例和方面在本文中详细描述，并且被认为是所要求保护的主题的一部分。为了更好地理解，参照详细描述和附图。
附图说明
8.图1描绘根据一个或多个实施例的运输制冷系统；图2描绘根据一个或多个实施例的用于堆叠电容耦合谐振双有源桥dc-dc转换器的电路拓扑的框图；以及图3描绘根据一个或多个实施例的用于堆叠电容谐振双有源桥dc-dc转换器的简化电路拓扑300。
9.本文所描绘的简图是说明性的。在不背离本发明的精神的情况下，能够存在对在其中描述的操作或简图的许多变型。例如，能够以不同的顺序执行动作，或者可以添加、删除或修改动作。而且，术语“耦合”及其变型描述在两个元件之间具有通信路径，并且不意味着元件之间的直接连接，其中在它们之间没有介入元件/连接。这些变型中的所有变型都被认为是说明书的一部分。
具体实施方式
10.本文中参照相关附图来描述本发明的各种实施例。可设计本发明的备选实施例，而不背离本发明的范围。在以下描述中并且在附图中，在元件之间阐述各种连接和位置关系（例如，在
……
之上，下方，相邻等）。除非另有指定，否则这些连接和/或位置关系能够是直接的或间接的，并且本发明并不旨在限制这方面。相应地，实体的耦合能够指直接或间接的耦合，并且实体之间的位置关系能够是直接或间接的位置关系。此外，本文所述的各种任务和过程步骤可并入具有本文未详细描述的附加步骤或功能性的更全面规程或过程中。
11.以下定义和缩写将用于解释权利要求书和说明书。如本文所使用的，术语“包括（“comprises”、“comprising”）”、“包含（“includes”、“including”）”、“具有（“has”、“have”）”、“含有（“contains”或“containing”）”或其任何其它变型旨在涵盖非排他性的包含。例如，包括一列元件的组合物、混合物、过程、方法、制品或设备不必仅限于那些元件，而是能够包括未明确列出的或这样的组合物、混合物、过程、方法、制品或设备所固有的其它元件。
12.此外，术语“示范性”在本文中用于意指“充当示例、实例或说明”。本文描述为“示范性”的任何实施例或设计不必解释为相对于其它实施例或设计是优选的或有利的。术语“至少一个”和“一个或多个”可以被理解为包括大于或等于一的任何整数，即一、二、三、四等。术语“多个”可以理解为包括大于或等于二的任何整数，即二、三、四、五等。术语“连接”可包括间接“连接”和直接“连接”两者。
13.为了简洁起见，本文中可能或可能没有详细描述与制作和使用本发明的方面有关
的常规技术。特别地，用来实现本文所述的各种技术特征的计算机系统的各个方面和特定计算机程序是众所周知的。相应地，为了简洁，本文中仅简要提及或完全省略许多常规的实现细节，而不提供众所周知的系统和/或过程细节。
14.现在来看更特定地与发明的方面相关的技术的概述，双有源桥（dab）是通常适合高功率和高效率的双向dc-dc转换器拓扑。这个拓扑结构用于将电池和光伏能量源接口连接到共享dc母线。然而，dab拓扑的缺点包括在电路的输入级和输出级之间对于高频变压器的需要，这增加重量，降低功率密度，限制开关频率，并增加设计复杂性。
15.本公开的方面通过在输入级和输出级之间提供电容耦合以代替高频变压器来解决上述dab拓扑的缺点。这种电容耦合增加功率密度并消除保持dab转换器的期望的特性的磁损耗。这种dab拓扑能够用于多种应用中，包括但不限于用于混合电动交通工具中的运输制冷系统中，以从一个或多个电池和/或光伏功率供应装置向运输制冷系统提供升压的电压。
16.参照图1，图示本公开的运输制冷系统20。在所图示的实施例中，运输制冷系统20可包括牵引车或交通工具22、容器24和无引擎运输制冷单元（tru）26。容器24可由交通工具22拉动。理解的是，本文所述的实施例可应用于通过铁路、海、航空运送（ship）的运送容器或任何其他合适的容器，因此，交通工具可以是卡车、火车、船、飞机、直升机等。交通工具22可以被装配（fit）或包括发电机162，其用来从交通工具22的动能获取电功率。发电机162能够是被安装的毂发电机和轴（axle）发电机中的至少一个，所述轴发电机和毂发电机配置成在运输制冷系统20处于运动中时回收旋转能量并且诸如例如在交通工具22的轴由于加速、巡航或制动而在旋转时将那个旋转能量转换成电功率。轴发电机可安装在交通工具22的轮轴（未示出）上，并且毂发电机可安装在交通工具22的轮23上。理解的是，发电机162可以安装在交通工具22的任何轮或轴上，并且图1中所图示的发电机162的安装位置是安装位置的一个示例。
17.交通工具22可包括操作员隔间或操作员驾驶室28以及作为交通工具22的传动系统或驱动系统的一部分的推进马达42。交通工具22可以由位于驾驶室内的驱动器驱动、由驱动器远程驱动、自主驱动、半自主驱动或其任意组合。推进马达42可以是电马达或混合马达（例如，内燃机和电马达）。推进马达42也可以是挂车系统（即容器24）的传动系统或驱动系统22的一部分，因此，推进马达被配置成推进交通工具22的轮和/或容器24的轮。推进马达42可以机械地连接到交通工具22的轮和/或容器24的轮。交通工具能量存储装置50电连接到作为交通工具电传动系统41的一部分的推进马达42。理解的是，为了简化，交通工具电传动系统41被图示为仅包括推进马达42和交通工具存储装置50，交通工具电传动系统41可具有图1中未图示的附加组件。交通工具能量存储装置50被配置成提供电力以向推进马达42供电。
18.容器24可以耦合到交通工具22并且因此被拉动或推进到预期目的地。容器24可包括顶壁30、与顶壁30相反并与其间隔开的底壁32，彼此间隔并相反的两个侧壁34，以及相反的前壁和后壁36、38，其中前壁36最靠近交通工具22。容器24可进一步包括在后壁38或任何其它壁处的门（未示出）。壁30、32、34、36、38一起限定制冷货物空间40的边界。通常，运输制冷系统20用来运输和分配货物，诸如例如易腐货品和环境敏感货品（本文称为易腐货品）。易腐货品可以包括但不限于水果、蔬菜、谷物、豆类、坚果、鸡蛋、乳制品、种子、花卉、肉类、
家禽、鱼类、冰、血液、药品或要求冷链运输的任何其它合适的货物。在所图示的实施例中，tru 26与容器24相关联，以向制冷货物空间40提供预期的环境参数，诸如例如温度、压力、湿度、二氧化碳、乙烯、臭氧、光暴露、振动暴露以及其它条件。在另外的实施例中，tru 26是能够提供预期的温度和湿度范围的制冷系统。
19.参照图1，容器24通常构造成将货物（未示出）存储在制冷货物空间40中。无引擎tru 26通常集成到容器24中，并且可以安装到前壁36。通过经由将制冷气流循环进入并通过容器24的制冷货物空间40的tru 26来冷却制冷货物空间40，将货物保持在预期的温度。进一步设想并理解的是，tru 26可应用于任何运输隔间（例如，运送或运输容器），而不必须应用于牵引式挂车系统中使用的那些运输隔间。此外，运输容器可以是交通工具22的一部分，或者构造成从容器24的框架和轮（未示出）移除，以用于备选的运送方式（例如，海运、铁路、航班以及其它）。
20.在一个或多个实施例中，tru 26包括制冷系统，所述制冷系统用来基于存储在tru中的货物来维持适当的温度。这个制冷系统连接到共享直流（dc）母线，所述共享直流（dc）母线允许制冷系统汲取功率以在tru 26内操作。dc母线通常连接到能够包括一个或多个电池和/或光伏功率源的功率源。与由电池功率源通常供应的电压要求相比，制冷系统通常要求更高的电压要求。为了解决这个问题，dc-dc转换器用来除了向tru 26上的别的系统以外还向tru 26上的制冷系统提供要求的电压电平。
21.在一个或多个实施例中，在dc-dc双有源桥转换器的输入级和输出级之间引入串行谐振电容耦合。例如，dc-dc双有源桥转换器能够用来使tru中的电压升压。操作转换器，使得开关频率固定为接近耦合网络的谐振频率，并且使用ac电压波形的双线性相移控制来调制功率流。也能够通过可变开关频率控制来调制功率流。dc-dc转换器的输出电压通过堆叠多个输出级来从输入电压升压，这使得所有级的总和整流输出电压能够高于输入电压。在一个或多个实施例中，转换器能够利用可变频率控制来操作。另外，能够通过改变输入级和输出级之间的相移的极性来反向功率流。
22.图2描绘根据一个或多个实施例的用于堆叠电容耦合谐振双有源桥dc-dc转换器的电路拓扑的框图。电路拓扑200包括输入级全桥功率逆变器202（有时称为“功率逆变器”），所述输入级全桥功率逆变器202接收输入电压源vin并包括输入滤波器c1和输入开关级（即q1，q2，q3，q4）。输入级全桥逆变器202处于h桥配置中。输入滤波器c1是电容器，并且当施加来自vin的dc电压时，所述输入滤波器c1用作对输入电压的能量缓冲器和滤波器。在一些实施例中，电压源vin能够是来自一个或多个电池的dc电压源和/或光伏电压源。电路拓扑100还以称为第一输出级全桥转换器204和第二输出级全桥转换器206的两个输出级全桥转换器为特征（feature）。在一个或多个实施例中，可基于负载rload的电压需要来利用任何数量的输出级转换器。第一输出级全桥转换器204通过第一谐振耦合电路208耦合到输入级全桥逆变器202的输出。第二输出级全桥转换器206通过第二谐振耦合电路210耦合到输入级全桥逆变器202的输出。第一谐振耦合电路208包括电容器c2、c3和电感器l1，并且第二谐振耦合电路210包括电容器c4、c5和电感器l2。如上所述，无源耦合电路208、210允许整个dc-dc转换器（即，电路拓扑200）的输入级202与输出级204、206之间的谐振电容耦合。在一个或多个实施例中，能够利用第一谐振耦合电路208和第二谐振耦合电路210的组件的特性来计算谐振频率。基于这个谐振频率，能够操作输入级全桥逆变器202以输出在所计算的
谐振频率下的方波波形。与非谐振模式相比，谐振操作具有更高的输入到输出电压变换比。通过在谐振频率或高于谐振频率下操作来减小耦合电容的值。输入级全桥逆变器202通过开关q1，q2，q3，q4的操作来输出处于或高于谐振频率的方波。在一些实施例中，开关q1和q2是互补开关，意味着当一个开关打开时，另一个开关闭合。开关q3和q4是类似互补的。在一个或多个实施例中，开关q1，q2，q3，q4能够由控制器220控制。在一个或多个实施例中，开关q5-q12能够使用无源二极管来实现并且是不受控制的。另外，用于第一输出级全桥转换器204和第二输出级全桥转换器206的开关也能够由控制器220控制。在一个或多个实施例中，电容器c6充当能量缓冲器和滤波器以改进输出电压的质量。同样，电容器c7充当能量缓冲器和滤波器，以改进输出电压的质量。
23.在一个或多个实施例中，开关q1-q12能够是任何类型的开关，包括但不限于金属氧化物半导体场效应晶体管（mosfet）。在一个或多个实施例中，开关q5-q12能够是任何类型的开关，但不限于无源单向快速开关二极管。输入级开关和输出级开关的开关频率取决于电容耦合谐振网络的谐振频率。用于利用lc网络的最简单实现的谐振频率被确定为1/(2π sqrt(lc))。对于其它实施例，谐振频率能够是耦合网络的各个组件之间的不同关系。对于具有lc网络的实施例，谐振操作将在电感器（l）中产生正弦电流并且在电容器（c）中产生正弦电压。当在谐振下操作时，对通过开关q1-q12的电流和电压进行排序，使得开关能够导通和关闭，而没有任何功率损耗在开关操作中引起。当在谐振下操作时，能够通过参照输入级中的装置的开关模式延迟或提前每个输出级中的装置的开关模式来调制转换器的功率输出。通过相对于输入级延迟输出级的开关模式（这称为滞后相移），功率流方向是从输入级到输出级。通过相对于输入级提前输出级的开关模式（这称为超前相移），功率流方向是从输出级反向到输入级。在一个或多个实施例中，能够独立调整每个输出级的开关模式，使得级中的一些级是超前相移，而一些级是滞后相移。
24.在图2中，电路拓扑200包括两个输出级全桥转换器204、206。然而，任何数量的输出级转换器能够被利用，并且通过类似配置的谐振耦合电路附加地耦合到输入级全桥逆变器202的输出。从vin到rload电压的电压升压来自这些多个输出级转换器的堆叠。图3描绘根据一个或多个实施例的用于堆叠电容谐振双有源桥dc-dc转换器的简化电路拓扑300。电路拓扑300包括电压源vin、包括输入滤波器和输入开关级的输入级302、开关控制320、多个电容耦合谐振网络电路304a，304b...304n（其中n是大于2的任何整数）、多个输出开关级306a，306b，...306n（其中n是大于2的任何整数）、以及负载rload。在一个或多个实施例中，输入级302类似于来自图2的输入级202。此外，输出级306a，306b，...306n类似于来自图2的输出级转换器204、206。如所图示的示例中所示，基于负载rload的要求，利用输出级的数量来使输入电压vin升压。每个输出级能够可选地包括输出级旁路控制308a，308b，...308n（其中n是大于2的任何整数），使得一个或多个输出级能够被旁路和关闭而不影响其它输出级。输出滤波器能够被包括来充当能量缓冲器和滤波器，以改进输出电压的质量。这通过当基于电压升压需要而不需要输出级（例如，306n）时打开开关来完成。这允许在一般意义上创建电路拓扑300，并且通过在开关控制320上进行操作来允许电压升压中的变化。例如，对于200 v输入电压，可能需要用于负载的500 v输出电压。基于这个输出电压需要，能够“接通”适当数量的输出级，使得供应正确的电压。如果需要更高（或更低）的电压，则开关控制320可以激活（或去激活）一个或多个输出级306a，306b，...306n。例如，对于在全功率下操
作的具有n级的转换器，对于在半功率或四分之一功率下操作，可以关闭多个输出级，从而改进低负载下的效率。
25.在一个或多个实施例中，控制器220（图2中）和开关控制器320（图3中）能够由可执行指令和/或诸如处理电路和存储器的电路系统来实现。处理电路能够体现在任何类型的中央处理单元（cpu）中，包括微处理器、数字信号处理器（dsp）、微控制器、专用集成电路（asic）、现场可编程门阵列（fpga）等。而且，在实施例中，存储器可以包括随机存取存储器（ram），只读存储器（rom）或其它电子、光学、磁或任何其它计算机可读介质，到其上存储采取非暂时形式的作为可执行指令的数据和算法。
26.电容耦合谐振网络能够利用如这个实施例中所示的lc谐振网络或利用其它谐振网络配置来实现。
27.术语“约”旨在包括与基于在提交本技术时可用的设备的特定量的测量相关联的误差程度。例如，“约”可包括给定值的
±
8％或5％或2％的范围。
28.本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括（“comprises”和/或“comprising”）”规定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件组件和/或其组合的存在或添加。
29.虽然已经参照一个或多个示范性实施例描述本公开，但是由本领域技术人员将理解，可进行各种改变，并且等效方案可代替其元件，而没有背离本公开的范围。另外，可进行多种修改以使特定状况或材料适合本公开的教导，而没有背离其实质范围。因此，旨在的是，本公开并不局限于作为执行本公开所设想的最佳模式所公开的特定实施例，本公开而是将包括落入权利要求书的范围之内的全部实施例。
1.相关申请的交叉引用本技术要求2019年10月30日提交的美国申请no.62/927869的权益，其通过引用将其全部并入本文。
技术领域
2.本发明一般涉及dc-dc转换器，并且更特别地，涉及堆叠电容耦合谐振双有源桥dc-dc转换器。
背景技术：
3.传统的制冷货物卡车或制冷牵引式挂车（诸如用来经由海路、铁路或公路运输货物的那些制冷货物卡车或制冷牵引式挂车）是通常限定货物隔间并被修改成包括位于卡车、挂车或货物容器的一端处的制冷系统的卡车、挂车或货物容器。制冷系统通常包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，所述压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器根据已知的制冷剂蒸汽压缩循环在闭合制冷剂回路中通过制冷剂管线串联连接。诸如内燃机之类的功率单元驱动制冷单元的压缩机，并且可以是柴油动力的、天然气动力的或其它类型的引擎。在许多牵引式挂车运输制冷系统中，压缩机由引擎轴通过带式驱动或通过机械轴到轴连杆（link）来驱动。在其它系统中，制冷单元的引擎驱动产生电功率的发电机，所述发电机继而驱动压缩机。
4.在当前的环境趋势的情况下，运输制冷单元中的改进（特别是朝向效率、声音和环境影响的方面）是期望的。在环境友好的制冷单元的情况下，可靠性、成本和重量减少中的改进也是期望的。
技术实现要素：
5.本发明的实施例针对系统。所述系统的非限制性示例包括：第一相电路（phase circuit）拓扑，所述第一相电路拓扑包括功率源和功率逆变器电路，包括第一lc电路和第二lc电路的多个lc电路；以及第二相电路拓扑，所述第二相电路拓扑包括多个ac-dc转换器电路，所述多个ac-dc转换器电路包括第一ac-dc转换器电路和第二ac-dc转换器电路，其中所述第一ac-dc转换器电路与所述第二ac-dc转换器电路处于并行配置中，其中所述第一lc电路将所述第一相电路拓扑耦合到所述第一ac-dc转换器，并且其中所述第二lc电路将第一相电路拓扑耦合到所述第二ac-dc转换器。
6.本发明的实施例针对系统。所述系统的非限制性示例包括：第一相电路拓扑，所述第一相电路拓扑包括功率源和功率逆变器电路，包括第一lc电路和第二lc电路的多个lc电路，包括第一开关和第二开关的多个开关；以及第二相电路拓扑，所述第二相电路拓扑包括多个ac-dc转换器电路，所述多个ac-dc转换器电路包括第一ac-dc转换器电路和第二ac-dc转换器电路，其中所述第一ac-dc转换器电路与所述第二ac-dc转换器电路处于并行配置中，其中所述第一开关将所述第一相电路拓扑耦合到所述第一lc电路，其中所述第一lc电
路将所述第一开关耦合到所述第一ac-dc转换器，其中所述第二开关将所述第一相电路拓扑耦合到所述第二lc电路，其中所述第二lc电路将所述第二开关耦合到所述第二ac-dc转换器；以及控制器，所述控制器被配置成操作所述第一开关以控制所述第一ac-dc转换器电路，并且操作所述第二开关以控制所述第二ac-dc转换器电路。
7.附加技术特征和益处通过本发明的技术来实现。本发明的实施例和方面在本文中详细描述，并且被认为是所要求保护的主题的一部分。为了更好地理解，参照详细描述和附图。
附图说明
8.图1描绘根据一个或多个实施例的运输制冷系统；图2描绘根据一个或多个实施例的用于堆叠电容耦合谐振双有源桥dc-dc转换器的电路拓扑的框图；以及图3描绘根据一个或多个实施例的用于堆叠电容谐振双有源桥dc-dc转换器的简化电路拓扑300。
9.本文所描绘的简图是说明性的。在不背离本发明的精神的情况下，能够存在对在其中描述的操作或简图的许多变型。例如，能够以不同的顺序执行动作，或者可以添加、删除或修改动作。而且，术语“耦合”及其变型描述在两个元件之间具有通信路径，并且不意味着元件之间的直接连接，其中在它们之间没有介入元件/连接。这些变型中的所有变型都被认为是说明书的一部分。
具体实施方式
10.本文中参照相关附图来描述本发明的各种实施例。可设计本发明的备选实施例，而不背离本发明的范围。在以下描述中并且在附图中，在元件之间阐述各种连接和位置关系（例如，在
……
之上，下方，相邻等）。除非另有指定，否则这些连接和/或位置关系能够是直接的或间接的，并且本发明并不旨在限制这方面。相应地，实体的耦合能够指直接或间接的耦合，并且实体之间的位置关系能够是直接或间接的位置关系。此外，本文所述的各种任务和过程步骤可并入具有本文未详细描述的附加步骤或功能性的更全面规程或过程中。
11.以下定义和缩写将用于解释权利要求书和说明书。如本文所使用的，术语“包括（“comprises”、“comprising”）”、“包含（“includes”、“including”）”、“具有（“has”、“have”）”、“含有（“contains”或“containing”）”或其任何其它变型旨在涵盖非排他性的包含。例如，包括一列元件的组合物、混合物、过程、方法、制品或设备不必仅限于那些元件，而是能够包括未明确列出的或这样的组合物、混合物、过程、方法、制品或设备所固有的其它元件。
12.此外，术语“示范性”在本文中用于意指“充当示例、实例或说明”。本文描述为“示范性”的任何实施例或设计不必解释为相对于其它实施例或设计是优选的或有利的。术语“至少一个”和“一个或多个”可以被理解为包括大于或等于一的任何整数，即一、二、三、四等。术语“多个”可以理解为包括大于或等于二的任何整数，即二、三、四、五等。术语“连接”可包括间接“连接”和直接“连接”两者。
13.为了简洁起见，本文中可能或可能没有详细描述与制作和使用本发明的方面有关
的常规技术。特别地，用来实现本文所述的各种技术特征的计算机系统的各个方面和特定计算机程序是众所周知的。相应地，为了简洁，本文中仅简要提及或完全省略许多常规的实现细节，而不提供众所周知的系统和/或过程细节。
14.现在来看更特定地与发明的方面相关的技术的概述，双有源桥（dab）是通常适合高功率和高效率的双向dc-dc转换器拓扑。这个拓扑结构用于将电池和光伏能量源接口连接到共享dc母线。然而，dab拓扑的缺点包括在电路的输入级和输出级之间对于高频变压器的需要，这增加重量，降低功率密度，限制开关频率，并增加设计复杂性。
15.本公开的方面通过在输入级和输出级之间提供电容耦合以代替高频变压器来解决上述dab拓扑的缺点。这种电容耦合增加功率密度并消除保持dab转换器的期望的特性的磁损耗。这种dab拓扑能够用于多种应用中，包括但不限于用于混合电动交通工具中的运输制冷系统中，以从一个或多个电池和/或光伏功率供应装置向运输制冷系统提供升压的电压。
16.参照图1，图示本公开的运输制冷系统20。在所图示的实施例中，运输制冷系统20可包括牵引车或交通工具22、容器24和无引擎运输制冷单元（tru）26。容器24可由交通工具22拉动。理解的是，本文所述的实施例可应用于通过铁路、海、航空运送（ship）的运送容器或任何其他合适的容器，因此，交通工具可以是卡车、火车、船、飞机、直升机等。交通工具22可以被装配（fit）或包括发电机162，其用来从交通工具22的动能获取电功率。发电机162能够是被安装的毂发电机和轴（axle）发电机中的至少一个，所述轴发电机和毂发电机配置成在运输制冷系统20处于运动中时回收旋转能量并且诸如例如在交通工具22的轴由于加速、巡航或制动而在旋转时将那个旋转能量转换成电功率。轴发电机可安装在交通工具22的轮轴（未示出）上，并且毂发电机可安装在交通工具22的轮23上。理解的是，发电机162可以安装在交通工具22的任何轮或轴上，并且图1中所图示的发电机162的安装位置是安装位置的一个示例。
17.交通工具22可包括操作员隔间或操作员驾驶室28以及作为交通工具22的传动系统或驱动系统的一部分的推进马达42。交通工具22可以由位于驾驶室内的驱动器驱动、由驱动器远程驱动、自主驱动、半自主驱动或其任意组合。推进马达42可以是电马达或混合马达（例如，内燃机和电马达）。推进马达42也可以是挂车系统（即容器24）的传动系统或驱动系统22的一部分，因此，推进马达被配置成推进交通工具22的轮和/或容器24的轮。推进马达42可以机械地连接到交通工具22的轮和/或容器24的轮。交通工具能量存储装置50电连接到作为交通工具电传动系统41的一部分的推进马达42。理解的是，为了简化，交通工具电传动系统41被图示为仅包括推进马达42和交通工具存储装置50，交通工具电传动系统41可具有图1中未图示的附加组件。交通工具能量存储装置50被配置成提供电力以向推进马达42供电。
18.容器24可以耦合到交通工具22并且因此被拉动或推进到预期目的地。容器24可包括顶壁30、与顶壁30相反并与其间隔开的底壁32，彼此间隔并相反的两个侧壁34，以及相反的前壁和后壁36、38，其中前壁36最靠近交通工具22。容器24可进一步包括在后壁38或任何其它壁处的门（未示出）。壁30、32、34、36、38一起限定制冷货物空间40的边界。通常，运输制冷系统20用来运输和分配货物，诸如例如易腐货品和环境敏感货品（本文称为易腐货品）。易腐货品可以包括但不限于水果、蔬菜、谷物、豆类、坚果、鸡蛋、乳制品、种子、花卉、肉类、
家禽、鱼类、冰、血液、药品或要求冷链运输的任何其它合适的货物。在所图示的实施例中，tru 26与容器24相关联，以向制冷货物空间40提供预期的环境参数，诸如例如温度、压力、湿度、二氧化碳、乙烯、臭氧、光暴露、振动暴露以及其它条件。在另外的实施例中，tru 26是能够提供预期的温度和湿度范围的制冷系统。
19.参照图1，容器24通常构造成将货物（未示出）存储在制冷货物空间40中。无引擎tru 26通常集成到容器24中，并且可以安装到前壁36。通过经由将制冷气流循环进入并通过容器24的制冷货物空间40的tru 26来冷却制冷货物空间40，将货物保持在预期的温度。进一步设想并理解的是，tru 26可应用于任何运输隔间（例如，运送或运输容器），而不必须应用于牵引式挂车系统中使用的那些运输隔间。此外，运输容器可以是交通工具22的一部分，或者构造成从容器24的框架和轮（未示出）移除，以用于备选的运送方式（例如，海运、铁路、航班以及其它）。
20.在一个或多个实施例中，tru 26包括制冷系统，所述制冷系统用来基于存储在tru中的货物来维持适当的温度。这个制冷系统连接到共享直流（dc）母线，所述共享直流（dc）母线允许制冷系统汲取功率以在tru 26内操作。dc母线通常连接到能够包括一个或多个电池和/或光伏功率源的功率源。与由电池功率源通常供应的电压要求相比，制冷系统通常要求更高的电压要求。为了解决这个问题，dc-dc转换器用来除了向tru 26上的别的系统以外还向tru 26上的制冷系统提供要求的电压电平。
21.在一个或多个实施例中，在dc-dc双有源桥转换器的输入级和输出级之间引入串行谐振电容耦合。例如，dc-dc双有源桥转换器能够用来使tru中的电压升压。操作转换器，使得开关频率固定为接近耦合网络的谐振频率，并且使用ac电压波形的双线性相移控制来调制功率流。也能够通过可变开关频率控制来调制功率流。dc-dc转换器的输出电压通过堆叠多个输出级来从输入电压升压，这使得所有级的总和整流输出电压能够高于输入电压。在一个或多个实施例中，转换器能够利用可变频率控制来操作。另外，能够通过改变输入级和输出级之间的相移的极性来反向功率流。
22.图2描绘根据一个或多个实施例的用于堆叠电容耦合谐振双有源桥dc-dc转换器的电路拓扑的框图。电路拓扑200包括输入级全桥功率逆变器202（有时称为“功率逆变器”），所述输入级全桥功率逆变器202接收输入电压源vin并包括输入滤波器c1和输入开关级（即q1，q2，q3，q4）。输入级全桥逆变器202处于h桥配置中。输入滤波器c1是电容器，并且当施加来自vin的dc电压时，所述输入滤波器c1用作对输入电压的能量缓冲器和滤波器。在一些实施例中，电压源vin能够是来自一个或多个电池的dc电压源和/或光伏电压源。电路拓扑100还以称为第一输出级全桥转换器204和第二输出级全桥转换器206的两个输出级全桥转换器为特征（feature）。在一个或多个实施例中，可基于负载rload的电压需要来利用任何数量的输出级转换器。第一输出级全桥转换器204通过第一谐振耦合电路208耦合到输入级全桥逆变器202的输出。第二输出级全桥转换器206通过第二谐振耦合电路210耦合到输入级全桥逆变器202的输出。第一谐振耦合电路208包括电容器c2、c3和电感器l1，并且第二谐振耦合电路210包括电容器c4、c5和电感器l2。如上所述，无源耦合电路208、210允许整个dc-dc转换器（即，电路拓扑200）的输入级202与输出级204、206之间的谐振电容耦合。在一个或多个实施例中，能够利用第一谐振耦合电路208和第二谐振耦合电路210的组件的特性来计算谐振频率。基于这个谐振频率，能够操作输入级全桥逆变器202以输出在所计算的
谐振频率下的方波波形。与非谐振模式相比，谐振操作具有更高的输入到输出电压变换比。通过在谐振频率或高于谐振频率下操作来减小耦合电容的值。输入级全桥逆变器202通过开关q1，q2，q3，q4的操作来输出处于或高于谐振频率的方波。在一些实施例中，开关q1和q2是互补开关，意味着当一个开关打开时，另一个开关闭合。开关q3和q4是类似互补的。在一个或多个实施例中，开关q1，q2，q3，q4能够由控制器220控制。在一个或多个实施例中，开关q5-q12能够使用无源二极管来实现并且是不受控制的。另外，用于第一输出级全桥转换器204和第二输出级全桥转换器206的开关也能够由控制器220控制。在一个或多个实施例中，电容器c6充当能量缓冲器和滤波器以改进输出电压的质量。同样，电容器c7充当能量缓冲器和滤波器，以改进输出电压的质量。
23.在一个或多个实施例中，开关q1-q12能够是任何类型的开关，包括但不限于金属氧化物半导体场效应晶体管（mosfet）。在一个或多个实施例中，开关q5-q12能够是任何类型的开关，但不限于无源单向快速开关二极管。输入级开关和输出级开关的开关频率取决于电容耦合谐振网络的谐振频率。用于利用lc网络的最简单实现的谐振频率被确定为1/(2π sqrt(lc))。对于其它实施例，谐振频率能够是耦合网络的各个组件之间的不同关系。对于具有lc网络的实施例，谐振操作将在电感器（l）中产生正弦电流并且在电容器（c）中产生正弦电压。当在谐振下操作时，对通过开关q1-q12的电流和电压进行排序，使得开关能够导通和关闭，而没有任何功率损耗在开关操作中引起。当在谐振下操作时，能够通过参照输入级中的装置的开关模式延迟或提前每个输出级中的装置的开关模式来调制转换器的功率输出。通过相对于输入级延迟输出级的开关模式（这称为滞后相移），功率流方向是从输入级到输出级。通过相对于输入级提前输出级的开关模式（这称为超前相移），功率流方向是从输出级反向到输入级。在一个或多个实施例中，能够独立调整每个输出级的开关模式，使得级中的一些级是超前相移，而一些级是滞后相移。
24.在图2中，电路拓扑200包括两个输出级全桥转换器204、206。然而，任何数量的输出级转换器能够被利用，并且通过类似配置的谐振耦合电路附加地耦合到输入级全桥逆变器202的输出。从vin到rload电压的电压升压来自这些多个输出级转换器的堆叠。图3描绘根据一个或多个实施例的用于堆叠电容谐振双有源桥dc-dc转换器的简化电路拓扑300。电路拓扑300包括电压源vin、包括输入滤波器和输入开关级的输入级302、开关控制320、多个电容耦合谐振网络电路304a，304b...304n（其中n是大于2的任何整数）、多个输出开关级306a，306b，...306n（其中n是大于2的任何整数）、以及负载rload。在一个或多个实施例中，输入级302类似于来自图2的输入级202。此外，输出级306a，306b，...306n类似于来自图2的输出级转换器204、206。如所图示的示例中所示，基于负载rload的要求，利用输出级的数量来使输入电压vin升压。每个输出级能够可选地包括输出级旁路控制308a，308b，...308n（其中n是大于2的任何整数），使得一个或多个输出级能够被旁路和关闭而不影响其它输出级。输出滤波器能够被包括来充当能量缓冲器和滤波器，以改进输出电压的质量。这通过当基于电压升压需要而不需要输出级（例如，306n）时打开开关来完成。这允许在一般意义上创建电路拓扑300，并且通过在开关控制320上进行操作来允许电压升压中的变化。例如，对于200 v输入电压，可能需要用于负载的500 v输出电压。基于这个输出电压需要，能够“接通”适当数量的输出级，使得供应正确的电压。如果需要更高（或更低）的电压，则开关控制320可以激活（或去激活）一个或多个输出级306a，306b，...306n。例如，对于在全功率下操
作的具有n级的转换器，对于在半功率或四分之一功率下操作，可以关闭多个输出级，从而改进低负载下的效率。
25.在一个或多个实施例中，控制器220（图2中）和开关控制器320（图3中）能够由可执行指令和/或诸如处理电路和存储器的电路系统来实现。处理电路能够体现在任何类型的中央处理单元（cpu）中，包括微处理器、数字信号处理器（dsp）、微控制器、专用集成电路（asic）、现场可编程门阵列（fpga）等。而且，在实施例中，存储器可以包括随机存取存储器（ram），只读存储器（rom）或其它电子、光学、磁或任何其它计算机可读介质，到其上存储采取非暂时形式的作为可执行指令的数据和算法。
26.电容耦合谐振网络能够利用如这个实施例中所示的lc谐振网络或利用其它谐振网络配置来实现。
27.术语“约”旨在包括与基于在提交本技术时可用的设备的特定量的测量相关联的误差程度。例如，“约”可包括给定值的
±
8％或5％或2％的范围。
28.本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括（“comprises”和/或“comprising”）”规定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件组件和/或其组合的存在或添加。
29.虽然已经参照一个或多个示范性实施例描述本公开，但是由本领域技术人员将理解，可进行各种改变，并且等效方案可代替其元件，而没有背离本公开的范围。另外，可进行多种修改以使特定状况或材料适合本公开的教导，而没有背离其实质范围。因此，旨在的是，本公开并不局限于作为执行本公开所设想的最佳模式所公开的特定实施例，本公开而是将包括落入权利要求书的范围之内的全部实施例。
再多了解一些
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