為了實現(xiàn)高功率密度，使用混合電感電容開關(guān)轉(zhuǎn)換器。這些混合電感電容開關(guān)可防止瞬態(tài)浪涌電流，這種電流通常會導(dǎo)致傳統(tǒng)開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器的輸出損耗 [2-5]。許多不同的轉(zhuǎn)換器拓撲可以輕松混合，并有助于從軟充電操作中受益。然而，圖 1 中的 Cockcroft-Walton 是首選拓撲，因為它提供較小的開關(guān)和電容器電壓應(yīng)力 [6]。
    本文將討論三個貢獻。它將首先分析 N 相切換和分相切換 [6-7] 方案，對它們進行比較并突出它們的優(yōu)點。對于小負載，N相方案效率更高，而分相方案適合較重負載。其次，CW 轉(zhuǎn)換器通過分相時鐘的應(yīng)用進行了演示 [7,9]。第三，使用氮化鎵FET進行了演示，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)動器集成電路和高密度隔離電平移位的應(yīng)用[9-11]。請在這里找到原始文章。

    圖 1：Cockcroft-Walton 轉(zhuǎn)換器電路
    在本文中，將討論 N 相和分相開關(guān)技術(shù)。它還將重點關(guān)注離散原型和測量結(jié)果。
    操作原理
    N相開關(guān)
    對于將 N 相時鐘方案應(yīng)用于 1:n 混合 LC CW 轉(zhuǎn)換器的 N = 5 電路，相位級數(shù)圖
    如圖 2 [1] 所示。當(dāng)單個
    有源電壓環(huán)路通過電感器時，每個開關(guān)都會經(jīng)歷零電流開關(guān)。為了監(jiān)控 N 相，通過
    將電流感應(yīng)硬件與電感器串聯(lián)來使用簡化的電路。這減少了靜態(tài)電流消耗
    與使用多個傳感器的分相開關(guān)進行比較。該 N 相開關(guān)電路顯示出平滑的正弦電壓轉(zhuǎn)換，并且沒有突然的電荷共享（圖 3）。為了獲得 160 歐姆的負載，需要使用 18 V 的輸入電壓和 N = 5 CW 轉(zhuǎn)換器 [1]。通過紅色開關(guān)可以看到 S5、S6 和 S9 處的電壓應(yīng)力。這表明負載增加可能會增加內(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，則由于二極管負載較重而導(dǎo)致的傳導(dǎo)損耗可能會導(dǎo)致效率降低。    使用 N 相開關(guān)的 1:5 CW 轉(zhuǎn)換器

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

    N相開關(guān)波形
    圖 3：N 相開關(guān)波形
    分相切換
    分相時鐘方案能夠以更高的輸出功率實現(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載電荷泵的有源開關(guān)方法[1]。它依賴于零電流開關(guān)和時序敏感的零電壓開關(guān)，因此，與 N 相開關(guān)相比，它意味著額外的感測電路。    圖 4 中使用 1:5 CW 轉(zhuǎn)換器來演示分相操作。為了初始化主相，必須初始化其子相，而這些是通過滿足 ZVS 條件來完成的。這些條件讓開關(guān) S6 啟動階段 1，S5 和 S9 啟動階段 2。為了啟動階段 1b，VC3 = VC4。同樣，要進入階段 2c，VC2 = VC3?？焖匐娙萜魃系钠交妷恨D(zhuǎn)換表明平滑、無突變的傳輸。開關(guān)電壓應(yīng)力如圖 5 所示，其中第 2 階段的 S5 和 S9 開關(guān)以及第 1 階段的 S6 開關(guān)的 ZVS 以綠色表示。

    1:5 CW 轉(zhuǎn)換器的不同相位
    圖 4：使用分相開關(guān)的 1:5 CW 轉(zhuǎn)換器的不同相位
       圖 5：分相開關(guān)波形
    比較
    與分相相比，N 相顯示出更好的開關(guān)活動，每個周期有 13 個開關(guān)，分相僅顯示 9 個開關(guān)，如圖 2 和圖 4 所示 [1]。然而，當(dāng)相同組件以諧振方式運行時，N 相比分相慢 60%。因此，開關(guān)損耗降低的 N 相對于輕負載而言非常高效。在商業(yè)應(yīng)用中，隨著傳感硬件要求的進一步降低，這種效應(yīng)進一步增強。然而，分相在較重負載下表現(xiàn)出更好的效率。
    體二極管導(dǎo)通效應(yīng)與 N 相方案不同，會降低其在重負載應(yīng)用中的效率 [1]。對于小于 2V 的反向偏壓，在分相開關(guān)中，通過使用氮化鎵代替硅來增加本征體二極管的正向電壓 [1]。
    N 相和分相開關(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使用它們中的任何一個更有利。這有助于最大限度地提高整個開關(guān)范圍內(nèi)的效率 [1]。兩個開關(guān)的相級數(shù)中的相同相位可以充當(dāng)合并點，并且可以用于將電路從一種開關(guān)方案轉(zhuǎn)換為另一種開關(guān)方案[1]。
    動態(tài)關(guān)斷時間調(diào)制或脈沖頻率調(diào)制可能進一步提高兩個開關(guān)的輕負載效率[1]。