CN109428490B - 多单元功率变换*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多单元功率变换***，包含：第一功率变换单元、第二功率变换单元及均流变压器；第一功率变换单元包含串联连接的第一谐振电容和第一谐振电感；第二功率变换单元包含串联连接的第二谐振电容和第二谐振电感；均流变压器包含磁耦合的第一绕组和第二绕组，用于所述第一功率变换单元和所述第二功率变换单元的均流；其中，第一绕组与第一谐振电容并联，且第二绕组与第二谐振电容并联；或第一绕组与第一谐振电感并联，且第二绕组与第二谐振电感并联；或第一绕组与串联的第一谐振电容和第一谐振电感并联，且第二绕组与串联的第二谐振电容和第二谐振电感并联。

Description

多单元功率变换***
技术领域
本发明涉及一种多单元功率变换***，具体地说，尤其涉及一种具有均流变压器的多单元功率变换***。
背景技术
随着新能源汽车、互联网数据中心以及可再生能源发电等新兴产业的飞速发展，电能变换***的功率等级和电压等级日益提升。为了降低电源***的体积、重量和成本，电力电子器件的开关频率不断上升，从而显著减少了磁性元件和其它无源元件的体积。然而，受半导体技术的限制，电力电子器件的功率等级与开关频率无法兼得，致使大容量器件只能工作于较低的开关频率，而具有较高开关频率的器件只能实现较低的电压、电流等级。因此，将多个高频电力电子变换器进行串、并联组合，成为了增大电源***容量并提高功率密度的有效途径。同时多变换器的串、并组合也是实现模块化生产、调试和维护的重要解决方案。由多个变换器串、并联组合而成的功率变换***称为多单元功率变换***，其中单个变换器称为功率变换子单元。
为了平均分配电源总功率、提高***可靠性，多单元功率变换***中的各个功率变换子单元通常需要具有相同的电路参数。然而，在实际的制造和加工过程中，电路参数的完全一致是难以实现的，各子单元之间通常存在一定的参数偏差。这种参数偏差使得不同子单元内的电流不相等，从而导致***局部发热、效率降低、输出纹波增大以及器件寿命下降等后果。如果不同子单元间电流偏差的变化频率远低于开关频率，那么对各子单元进行单独地检测和控制，便可实现子单元间的均流，但该方法是以增加控制器、传感器以及连接导线的数量为代价。如果子单元间电流偏差的变化频率接近于开关频率，那么用控制手段已难以实现有效均流，因此用硬件的方式实现子单元间的均流便成为了有效的解决途径。
请参照图1，图1为现有多单元功率变换***一实施例的示意图。如图1 所示，在本实施例中为在由多个功率变换子单元11A并联而成的多单元功率变换***中，每个功率变换子单元11A的输出端串联相互耦合的电感L1，并且不同功率变换子单元11A的电流流入耦合电感L1的异名端，从而抑制了不同功率变换子单元11A间的电流偏差。但在实际使用中，该多单元功率变换***还存在一些缺陷：
1)为了使功率变换子单元11A间电流偏差减小为所期望的值，耦合电感 L1必须有足够大的电感量，因此要求其磁芯尺寸足够大、或者绕组匝数足够多。与此同时，耦合电感L1的各绕组流过功率变换子单元11A的主回路电流，其绕组损耗较大，导线直径较粗，特别是在大电流应用场合，因此该耦合电感 L1的封装较大，外形较高，并且损耗较大；
2)耦合电感L1的漏感因流过主回路电流而产生较大的磁芯损耗。当各功率变换子单元11A串联连接而使耦合电感L1绕组间存在较高电势差时，绕组之间需增加绝缘距离而使其不易紧密耦合，从而导致漏感和损耗的进一步增加；
3)在各功率变换子单元11A中，受信号传输线路中寄生参数的影响，开关器件驱动信号从控制器发出到达到器件驱动极的过程中有不同程度的延时，从而导致各功率变换子单元11A间的电流偏差产生突变现象，进而导致耦合电感的磁感应强度发生突变，因此耦合电感L1磁通量的频谱复杂，磁损增大。
请参照图2，图2为现有多单元功率变换***另一实施例的示意图。如图 2所示，在本实施例中，多单元功率变换***由功率变换子单元11B并联而成，每一功率变换子单元11B为隔离型谐振变换器，将各功率变换子单元11B的原边或副边绕组接成星形结构，使其中心连接点D电位浮动，从而在一定程度上抑制了子单元间的电流偏差。但在实际使用中，该多单元功率变换***也还存在一些缺陷：
1)该方法仅适用于三相并联结构，且各功率变换子单元11B的开关管驱动信号之间存在120°相移；
2)每一功率变换子单元11B仅适用于半桥结构的子单元；
3)三相电流平衡全系于中心连接点的浮动电位这唯一的自由度，其对各功率变换子单元11B电流的控制力有限，若并联功率变换子单元11B个数超过3，则均流效果进一步恶化。因此该方法三相均流效果有限，如要将功率变换子单元11B间的电流偏差减小至不影响***性能的程度，需要控制策略的辅助。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种多单元功率变换***，其中，包含：
第一功率变换单元，所述第一功率变换单元包含第一谐振功率变换电路，所述第一谐振功率变换电路包含一第一谐振槽电路，所述第一谐振槽电路包含串联连接的第一谐振电容和第一谐振电感；
第二功率变换单元，所述第二功率变换单元包含第二谐振功率变换电路，所述第二谐振功率变换电路包含一第二谐振槽电路，所述第二谐振槽电路包含串联连接的第二谐振电容和第二谐振电感；以及
均流变压器，包含磁耦合的第一绕组和第二绕组，用于所述第一功率变换单元和所述第二功率变换单元的均流；
其中，所述第一绕组与所述第一谐振电容并联，且所述第二绕组与所述第二谐振电容并联；或所述第一绕组与所述第一谐振电感并联，且所述第二绕组与所述第二谐振电感并联；或所述第一绕组与串联的所述第一谐振电容和所述第一谐振电感并联，且所述第二绕组与串联的所述第二谐振电容和所述第二谐振电感并联。
上述的多单元功率变换***，其中，所述第一功率变换单元还包含一第一变压器，所述第一变压器的一第三绕组与所述第一谐振电容串联连接；
所述第二功率变换单元还包含一第二变压器，所述第二变压器的一第四绕组与所述第二谐振电容串联连接。
上述的多单元功率变换***，其中，所述第一谐振电感是所述第一变压器的漏感，所述第二谐振电感是所述第二变压器的漏感，其中，所述第一绕组与所述第一谐振电容并联，且所述第二绕组与所述第二谐振电容并联。
上述的多单元功率变换***，其中，所述第一谐振槽电路和所述第二谐振槽电路是LC谐振电路，或LLC谐振电路，或LCC谐振电路。
上述的多单元功率变换***，其中，所述第一谐振槽电路还包含所述第一变压器的寄生电容，所述第二谐振槽电路还包含所述第二变压器的寄生电容，所述第一谐振槽电路和所述第二谐振槽电路是LCC谐振电路。
上述的多单元功率变换***，其中，所述第一变压器电性连接第一输出电路，所述第二变压器电性连接第二输出电路，且所述第一输出电路和所述第二输出电路电性连接。
上述的多单元功率变换***，其中，所述多单元功率变换***还包含一第三变压器，所述第三变压器的一第五绕组与所述第一谐振电容串联连接，且所述第三变压器的一第六绕组与所述第二谐振电容串联连接，且所述第三变压器还包含一第七绕组与一第三输出电路电性连接。
上述的多单元功率变换***，其中，所述第一谐振槽电路和所述第二谐振槽电路是LC谐振电路，或LLC谐振电路，或LCC谐振电路。
上述的多单元功率变换***，其中，所述多单元功率变换***包含一公共功率变换电路，所述公共功率变换电路连接所述第一功率变换单元、所述第二功率变换单元以及所述多单元功率变换***的负载或电源，用以实现所述第一功率变换单元和所述第二功率变换单元的功率的汇集与分配。
上述的多单元功率变换***，其中，所述多单元功率变换***是双向功率变换***。
上述的多单元功率变换***，其中，所述第一功率变换单元还包含第一 DC-AC变换电路，所述第一DC-AC变换电路与所述第一谐振槽电路电性连接；所述第二功率变换单元还包含第二DC-AC变换电路，所述第二DC-AC变换电路与所述第二谐振槽电路电性连接。
上述的多单元功率变换***，其中，所述第一功率变换单元还包含第一 AC-DC变换电路，所述第一AC-DC变换电路与所述第一DC-AC变换电路电性连接；所述第二功率变换单元还包含第二AC-DC变换电路，所述第二AC-DC 变换电路与所述第二DC-AC变换电路电性连接。
上述的多单元功率变换***，其中，所述第一DC-AC变换电路的开关和所述第二DC-AC变换电路的开关具有相同的开关驱动信号。
本发明还提供一种多单元功率变换***，其中，包含：
第一功率变换单元，所述第一功率变换单元包含第一DC-AC变换电路和一第一电感，所述第一电感和所述第一DC-AC变换电路电性连接；
第二功率变换单元，所述第二功率变换单元包含第二DC-AC变换电路和一第二电感，所述第二电感和所述第二DC-AC变换电路电性连接；以及
均流变压器，包含磁耦合的第一绕组和第二绕组，用于所述第一功率变换单元和所述第二功率变换单元的均流；
其中，所述第一绕组与所述第一电感并联，且所述第二绕组与所述第二电感并联。
上述的多单元功率变换***，其中，所述第一功率变换单元还包含一第一变压器，所述第一变压器的一第三绕组与并联的所述第一电感及所述第一绕组串联连接；
所述第二功率变换单元还包含一第二变压器，所述第二变压器的一第四绕组与并联的所述第二电感及所述第二绕组串联连接。
上述的多单元功率变换***，其中，所述第一变压器电性连接第一输出电路，所述第二变压器电性连接第二输出电路，且所述第一输出电路和所述第二输出电路电性连接。
上述的多单元功率变换***，其中，所述多单元功率变换***还包含一第三变压器，所述第三变压器的一第五绕组与并联的所述第一电感及所述第一绕组串联连接，且所述第三变压器的一第六绕组与并联的所述第二电感及所述第二绕组串联连接，所述第三变压器还包含一第七绕组与一第三输出电路电性连接。
上述的多单元功率变换***，其中，所述多单元功率变换***包含一公共功率变换电路，所述公共功率变换电路连接所述第一功率变换单元、所述第二功率变换单元以及所述多单元功率变换***的负载或电源，用以实现所述第一功率变换单元和所述第二功率变换单元功率的汇集与分配。
上述的多单元功率变换***，其中，所述多单元功率变换***是双向功率变换***。
上述的多单元功率变换***，其中，所述第一功率变换单元还包含第一 AC-DC变换电路，所述第一AC-DC变换电路与所述第一DC-AC变换电路电性连接；所述第二功率变换单元还包含第二AC-DC变换电路，所述第二AC-DC 变换电路与所述第二DC-AC变换电路电性连接。
上述的多单元功率变换***，其中，所述第一DC-AC变换电路的开关和所述第二DC-AC变换电路的开关具有相同的开关驱动信号。
本发明还提供一种多单元功率变换***，其中，包含：
第一功率变换单元，所述第一功率变换单元包含第一DC-AC变换电路和一第一无源器件网络，所述第一无源器件网络的无源器件包含一电容、或一电感、或电容与电感的组合，所述第一无源器件网络和所述第一DC-AC变换电路电性连接，所述第一DC-AC变换电路输出或输入的电流流经所述第一无源器件网络；
第二功率变换单元，所述第二功率变换单元包含第二DC-AC变换电路和一第二无源器件网络，所述第二无源器件网络的无源器件包含一电容、或一电感、或电容与电感的组合，所述第二无源器件网络和所述第二DC-AC变换电路电性连接，所述第二DC-AC变换电路输出或输入的电流流经所述第二无源器件网络；
均流变压器，包含磁耦合的第一绕组和第二绕组，用于所述第一功率变换单元和所述第二功率变换单元的均流，其中，所述第一绕组与所述第一无源器件网络的至少一所述无源器件并联以形成一第一并联电路，且所述第二绕组与所述第二无源器件网络的至少一所述无源器件并联以形成一第二并联电路；以及
一公共功率变换电路，所述公共功率变换电路连接所述第一功率变换单元、所述第二功率变换单元以及所述多单元功率变换***的负载或电源，用以实现所述第一功率变换单元和所述第二功率变换单元的功率的汇集与分配。
上述的多单元功率变换***，其中，所述第一功率变换单元还包含一第一变压器，所述第一变压器的一第三绕组与所述第一并联电路串联连接；
所述第二功率变换单元还包含一第二变压器，所述第二变压器的一第四绕组与所述第二并联电路串联连接。
上述的多单元功率变换***，其中，所述公共功率变换电路包含一第一输出电路和一第二输出电路，所述第一变压器电性连接所述第一输出电路，所述第二变压器电性连接所述第二输出电路，且所述第一输出电路和所述第二输出电路电性连接。
上述的多单元功率变换***，其中，所述公共功率变换电路还包含一第三变压器，所述第三变压器的一第五绕组与所述第一并联电路串联连接，且所述第三变压器的一第六绕组与所述第二并联电路串联连接，所述第三变压器还包含一第七绕组与一第三输出电路电性连接。
上述的多单元功率变换***，其中，所述多单元功率变换***是双向功率变换***。
上述的多单元功率变换***，其中，所述第一功率变换单元还包含第一 AC-DC变换电路，所述第一AC-DC变换电路与所述第一DC-AC变换电路电性连接；所述第二功率变换单元还包含第二AC-DC变换电路，所述第二AC-DC 变换电路与所述第二DC-AC变换电路电性连接。
上述的多单元功率变换***，其中，所述第一DC-AC变换电路的开关和所述第二DC-AC变换电路的开关具有相同的开关驱动信号。
与现有技术相比，本发明具有以下全部或部分有益的技术效果：
1)均流变压器有效抑制了各功率变换单元的DC-AC电路驱动信号相移和无源器件(电感、电容)参数差异引起的电流不均衡现象；
2)均流变压器的各绕组与功率变换单元无源器件网络中的电感、或电容、或电感电容的组合相并联，使得均流变压器绕组不流过功率变换单元的主回路电流，绕组损耗较小。同时，均流变压器无电感量要求，因此可优化磁芯尺寸和绕组匝数，使均流变压器的封装紧凑、尺寸较小、并且损耗较低；
3)均流变压器的漏感不流过主回路电流，所以因漏感产生的磁芯损耗较小。当均流变压器各绕组间存在较高电势差时，绕组不易紧密耦合而导致漏感增大，但是漏感中始终流过较小的电流，不足以产生较大的磁芯损耗，有利于损耗优化设计。因此，得益于均流变压器绕组与主回路无源器件间的并联连接方式，均流变压器的绕组间允许有较高电势差；
4)受信号传输线路寄生参数的影响，各功率变换单元的DC-AC电路开关驱动信号从控制器发出到达到器件驱动极的过程中存在不同程度的延时，然而这不会引起均流变压器磁芯磁感应强度的突变，使其磁通量频谱简单，磁损较小。因此，得益于均流变压器绕组与主回路无源器件间的并联连接方式，各功率变换单元DC-AC电路的实际驱动信号允许存在一定的相移，降低了驱动电路设计难度。
附图说明
图1为现有多单元功率变换***一实施例的示意图；
图2为现有多单元功率变换***另一实施例的示意图；
图3为本发明多单元功率变换***第一实施例的示意图；
图4为本发明多单元功率变换***第二实施例的示意图；
图5为本发明多单元功率变换***第三实施例的示意图；
图6为图5包含均流变压器的等效电路；
图7为图5不包含均流变压器的等效电路；
图8为图5的驱动信号示意图；
图9为本发明多单元功率变换***第四实施例的示意图；
图10为本发明多单元功率变换***第五实施例的示意图；
图11为本发明多单元功率变换***第六实施例的示意图；
图12为本发明多单元功率变换***第七实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细描述：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了实施方式和操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
请参照图3，图3为本发明多单元功率变换***第一实施例的示意图。如图3所示，本发明第一实施例中的多单元功率变换***11可以是双向功率变换***，多单元功率变换***11包含：第一功率变换单元111、第二功率变换单元112及均流变压器113；第一功率变换单元111包含第一谐振功率变换电路，第一谐振功率变换电路包含一第一谐振槽电路1111，第一谐振槽电路包含串联连接的第一谐振电容C1和第一谐振电感L1；第二功率变换单元112 单元包含第二谐振功率变换电路，第二谐振功率变换电路包含第二谐振槽电路1121，第二谐振槽电路1121包含串联连接的第二谐振电容C2和第二谐振电感L2；均流变压器113包含磁耦合的第一绕组W1和第二绕组W2，用于第一功率变换单元111和第二功率变换单元112的均流；其中，第一绕组W1与第一谐振电容C1并联，且第二绕组W2与第二谐振电容C2并联，但本发明并不以此为限，在其他实施例中，第一绕组W1与第一谐振电感L1并联，且第二绕组W2与第二谐振电感L2并联；或第一绕组W1与串联的第一谐振电容 C1和第一谐振电感L1并联，且第二绕组W2与串联的所述第二谐振电容C2 和第二谐振电感L2并联。
进一步地，第一功率变换单元111还包含一第一变压器1112，第一变压器1112的第三绕组W3与第一谐振电容C1串联连接；第二功率变换单元112 还包含第二变压器1122，第二变压器1122的第四绕组W4与第二谐振电容C2 串联连接；第一变压器1112电性连接第一输出电路114，第二变压器1122电性连接第二输出电路115，且第一输出电路114和第二输出电路115电性连接。需要说明的是，在本实施例中，第一谐振电感L1可以是第一变压器1112的漏感，第二谐振电感L2可以是第二变压器1122的漏感，第三绕组W3与第一谐振电容C1串联连接，第四绕组W4与第二谐振电容C2串联连接，在其他实施例中，第一谐振电感L1及第二谐振电感L2还可为独立元件，则第三绕组 W3还与第一谐振电感L1串联连接，第四绕组W4还与第二谐振电感L2串联连接。
其中，在本实施例中第一谐振槽电路1111和第二谐振槽电路1121是LCC 谐振电路，第一谐振槽电路1111还包含一电容C3，电容C3可以是第一变压器1112的寄生电容C3，第二谐振槽电路1121还包含一电容C4，电容C4可以是第二变压器1122的寄生电容C4，但本发明并不以此为限，在其他实施例中，第一谐振槽电路1111和第二谐振槽电路1121还可为LC谐振电路，或 LLC谐振电路等。
再进一步地，第一功率变换单元111的第一谐振功率变换电路还包含第一 DC-AC变换电路1113，第一DC-AC变换电路1113的AC端与第一谐振槽电路1111电性连接；第二功率变换单元112的第二谐振功率变换电路还包含第二DC-AC变换电路1123，第二DC-AC变换电路1123的AC端与第二谐振槽电路1121电性连接，其中以第一DC-AC变换电路1113的开关和第二DC-AC 变换电路1123的开关可以具有相同的开关驱动信号为较佳的实施方式，但本发明并不以此为限。
更进一步地，第一功率变换单元111还可包含第一AC-DC变换电路(图未示，与图5所示的AC-DC变换电路的结构和连接方式相同)，第一AC-DC 变换电路与第一DC-AC变换电路1113的DC端电性连接；第二功率变换单元 112还包含第二AC-DC变换电路(图未示，与图5所示的AC-DC变换电路的结构和连接方式相同)，第二AC-DC变换电路与第二DC-AC变换电路1123 的DC端电性连接。
请参照图4，图4为本发明多单元功率变换***第二实施例的示意图。如图4所示，本发明第二实施例的多单元功率变换***21可以是双向功率变换***，多单元功率变换***21的具体结构与图3所示出的多单元功率变换***11的具体结构大致相同，现将不同之处说明如下。
在本实施例中，第一谐振槽电路2111和第二谐振槽电路2121是LC谐振电路，均流变压器213的第一绕组W1与串联的第一谐振电容C1和第一谐振电感L1并联，且均流变压器213的第二绕组W2与串联的所述第二谐振电容 C2和第二谐振电感L2并联，但本发明并不以此为限，在其他实施例中，可以将第一绕组W1与第一谐振电感L1并联，且第二绕组W2与第二谐振电感L2 并联；或第一绕组W1与第一谐振电容C1并联，且第二绕组W2与第二谐振电容C2并联。第一谐振电感L1可以是第一变压器2112的漏感，第二谐振电感L2可以是第二变压器2122的漏感，但本发明并不以此为限。
进一步地，多单元功率变换***21包含一公共功率变换电路215，所述公共功率变换电路连接第一功率变换单元211、第二功率变换单元212以及多单元功率变换***的负载或电源，用以实现第一功率变换单元211和第二功率变换单元212的功率的汇集与分配。
更进一步地，第一功率变换单元211的第一谐振功率变换电路还可包含第一AC-DC变换电路(图未示，与图5所示的AC-DC变换电路的结构和连接方式相同)，第一AC-DC变换电路与第一谐振功率变换电路的第一DC-AC 变换电路的DC端电性连接；第二功率变换单元212的第二谐振功率变换电路还包含第二AC-DC变换电路(图未示，与图5所示的AC-DC变换电路的结构和连接方式相同)，第二AC-DC变换电路与第二谐振功率变换电路的第二 DC-AC变换电路的DC端电性连接。
请参照图5，图5为本发明多单元功率变换***第三实施例的示意图。如图5所示，本发明第三实施例的多单元功率变换***31可以是双向功率变换***，多单元功率变换***31包含：第一功率变换单元311、第二功率变换单元312、均流变压器313及第三变压器314；第一功率变换单元311包含第一谐振功率变换电路，第一谐振功率变换电路包含一第一谐振槽电路3111，第一谐振槽电路3111包含串联连接的第一谐振电容C1和第一谐振电感L1；第二功率变换单元312单元包含第二谐振功率变换电路，第二谐振功率变换电路包含第二谐振槽电路3121，第二谐振槽电路3121包含串联连接的第二谐振电容C2和第二谐振电感L2；均流变压器313包含磁耦合的第一绕组W1和第二绕组W2，用于第一功率变换单元311和第二功率变换单元312的均流；其中，第一绕组W1与第一谐振电容C1并联，且第二绕组W2与第二谐振电容 C2并联；第三变压器314的第五绕组W5与第一谐振电容C1串联连接，且第三变压器314的第六绕组W6与第二谐振电容C2串联连接，且第三变压器314 还包含第七绕组W7与第三输出电路315电性连接，需要说明的是，在本实施例中，第一谐振电感L1可以是第三变压器314的第五绕组W5的漏感，第二谐振电感L2可以是第三变压器314的第六绕组W6的漏感，第五绕组W5与第一谐振电容C1串联连接，第六绕组W6与第二谐振电容C2串联连接。在其他实施例中，第一谐振电感L1及第二谐振电感L2还可为独立元件，第五绕组W5还与第一谐振电感L1串联连接，第六绕组W6还与第二谐振电感L2 串联连接。第三变压器314和第三输出电路315可以是本实施例中公共功率变换电路的一部分。
值得注意的是，在其他实施例中，第一绕组W1可以变更为与第一谐振电感L1并联，且第二绕组W2变更为与第二谐振电感L2并联；或第一绕组W1 变更为与串联的第一谐振电容C1和第一谐振电感L1并联，且第二绕组W2 变更为与串联的所述第二谐振电容C2和第二谐振电感L2并联。
其中，在本实施例中第一谐振槽电路3111和第二谐振槽电路3121可以是 LLC谐振电路，第一谐振槽电路3111还包含一电感L3，电感L3例如是第三变压器314的第五绕组W5的励磁电感L3，第二谐振槽电路3121还包含一电感L4，电感L4例如是第三变压器314的第六绕组W6的励磁电感L4，但本发明并不以此为限，在其他实施例中，第一谐振槽电路3111和第二谐振槽电路3121还可为LC谐振电路，或LCC谐振电路等。
再进一步地，第一功率变换单元311的第一谐振功率变换电路还包含第一 DC-AC变换电路3113，第一DC-AC变换电路3113的AC端与第一谐振槽电路3111电性连接；第二功率变换单元312的第二谐振功率变换电路还包含第二DC-AC变换电路3123，第二DC-AC变换电路3123的AC端与第二谐振槽电路3121电性连接，其中以第一DC-AC变换电路3113的开关和第二DC-AC 变换电路3123的开关可以具有相同的开关驱动信号为较佳的实施方式，但本发明并不以此为限。
更进一步地，第一功率变换单元311的第一谐振功率变换电路还可包含第一AC-DC变换电路3114，第一AC-DC变换电路3114与第一DC-AC变换电路3113的DC端电性连接；第二功率变换单元312的第二谐振功率变换电路还包含第二AC-DC变换电路3124，第二AC-DC变换电路3124与第二DC-AC 变换电路3123的DC端电性连接。
再请参照图6-8，图6为图5包含均流变压器的等效电路；图7为图5不包含均流变压器的等效电路；图8为图5的驱动信号示意图。结合图5-8具体说明本发明实施例中多单元功率变换***的具体工作原理。如图5-8所示，第一 DC-AC变换电路3113及第二DC-AC变换电路3123可以受控制器发出的相同信号控制Sx1、Sx2，即第一DC-AC变换电路3113及第二DC-AC变换电路 3123对应开关器件的驱动控制信号脉宽相等、上升沿和下降沿分别对齐，如图8所示，在实际电路中，受信号传输线路中寄生参数的影响，开关器件驱动信号从控制器发出到达到开关器件驱动极的过程有不同程度的延时，导致第一 DC-AC变换电路3113及第二DC-AC变换电路3123的实际驱动信号存在至多 1％的相移。该驱动相移会导致不同功率变换单元中流过不同的电流，即产生功率变换单元间的电流偏差。此外，在实际电路中，不同功率变换单元无源器件网络的电感、电容等元件也不可避免地存在参数的差异，这也是产生电流偏差的原因之一。均流变压器的作用便是抑制每两个功率变换单元之间的驱动相移和无源器件参数差异引起的电流偏差。
进一步地再请结合图5，第一DC-AC变换电路3113及第二DC-AC变换电路3123由一个H桥开关电路构成。第一DC-AC变换电路3113及第二DC-AC 变换电路3123将各自的DC端的电压和变换为交流电压V1和V2，而流过第一谐振槽电路3111和第二谐振槽电路3121的电流则分别表示为I1和I2，在***中加入均流变压器，将其两个绕组W1、W2分别并联于第一谐振电容C1 和第二谐振电容C2两端，使得第一谐振电容C1和第二谐振电容C2两端电压趋向于保持一致；对LLC谐振电路进行基波等效变换，将第三变压器314、第三输出电路315与励磁电感的等效阻抗合并表示为Zc，可得到多单元功率变换***31的基波等效电路，如图6所示。为便于对比分析，将不包含均流变压器的多单元功率变换***31的基波等效电路也绘于图7，两个子单元间的电流偏差可视为一个流经各DC-AC电路、谐振电感L1、L2和谐振电容C1、 C2但不流过第三变压器314、第三输出电路315和励磁电感的环流，如图6和7中Iloop1和Iloop2所示。未加均流变压器时，环流Iloop2的表达式为：
Figure BDA0001379251630000131
其中w表示开关管驱动信号的角频率，式中各项的分子部分表示两个功率变换单元的参数差异，而其分母部分表示谐振电感L1、L2和谐振电容C1、 C2的阻抗之和。由图7可知，环流Iloop2流经的路径为一谐振回路，由于谐振变换器的开关频率接近该谐振回路的谐振频率，该式中的分母接近为零，因此即便功率变换单元的参数有较小偏差，也会产生较大的环流Iloop2。若在电路中加入均流变压器，C1和C2两端电压被相互箝位而保持一致，环流Iloop1流经的路径不再是谐振回路，则环流Iloop1的表达式变换为：
Figure BDA0001379251630000132
其中各项分母远大于零，因此由各功率变换单元的参数差异引起的环流Iloop1得到了抑制。
请参照图9，图9为本发明多单元功率变换***第四实施例的示意图。如图9所示，本发明第四实施例的多单元功率变换***41可以是双向功率变换***，多单元功率变换***41的具体结构与图4所示出的多单元功率变换***21的具体结构大致相同，其不同之处为第一绕组W1与第一谐振电感L1 并联，且第二绕组W2与第二谐振电感L2并联。
请参照图10，图10为本发明多单元功率变换***第五实施例的示意图。如图10所示，本发明第五实施例的多单元功率变换***51可以是双向功率变换***，多单元功率变换***51的具体结构与图5所示出的多单元功率变换***31的具体结构大致相同，现将不同之处说明如下。
在本实施例中，第一谐振槽电路5111和第二谐振槽电路5121是LCC谐振电路，第一绕组W1与第一谐振电容C1并联，且第二绕组W2与第二谐振电容C2并联，第一谐振槽电路5111还包含电容C3，第二谐振槽电路5121 还包含电容C4，但本发明并不以此为限，在其他实施例中，第一谐振槽电路 5111和第二谐振槽电路5121还可为LC谐振电路，或LLC谐振电路。
进一步地，多单元功率变换***51包含第三变压器514，第三变压器514 的第五绕组W5与第一谐振电容C1串联连接，且第三变压器514的第六绕组 W6与第二谐振电容C2串联连接，且第三变压器514还包含第七绕组W7与第三输出电路515电性连接，需要说明的是，在本实施例中，第一谐振电感 L1还可以是第五绕组W5的漏感，第二谐振电感L2还可以是第六绕组W6的漏感，第五绕组W5与第一谐振电容C1串联连接，第六绕组W6与第二谐振电容C2串联连接，在其他实施例中，第一谐振电感L1及第二谐振电感L2还可为独立元件，则第五绕组W5还与第一谐振电感L1串联连接，第六绕组 W6还与第二谐振电感L2串联连接。
再进一步地，第一功率变换单元511还包含第一DC-AC变换电路5113，第一DC-AC变换电路5113的AC端与第一谐振槽电路5111电性连接；第二功率变换单元512还包含第二DC-AC变换电路5123，第二DC-AC变换电路 5123的AC端与第二谐振槽电路5121电性连接，其中以第一DC-AC变换电路5113的开关和第二DC-AC变换电路5123的开关可以具有相同的开关驱动信号为较佳的实施方式，但本发明并不以此为限。
更进一步地，第一功率变换单元511还可包含第一AC-DC变换电路(图未示，与图5所示的AC-DC变换电路的结构和连接方式相同)，第一AC-DC 变换电路与第一DC-AC变换电路5113的DC端电性连接；第二功率变换单元 512还包含第二AC-DC变换电路(图未示，与图7所示的AC-DC变换电路的结构和连接方式相同)，第二AC-DC变换电路与第二DC-AC变换电路5123 的DC端电性连接。
请参照图11，图11为本发明多单元功率变换***第六实施例的示意图。如图11所示，多单元功率变换***61可以是双向功率变换***，多单元功率变换***61包含：第一功率变换单元611、第二功率变换单元612及均流变压器613；第一功率变换单元611包含第一DC-AC变换电路6111和第一电感 L1，第一电感L1和第一DC-AC变换电路6111的AC端电性连接；第二功率变换单元612包含第二DC-AC变换电路6121和一第二电感L2，第二电感L2 和第二DC-AC变换电路6121的AC端电性连接；均流变压器613包含磁耦合的第一绕组W1和第二绕组W2，用于第一功率变换单元611和第二功率变换单元612的均流；第一绕组W1与第一电感L1并联，且第二绕组W2与第二电感L2并联。其中以第一DC-AC变换电路6111的开关和第二DC-AC变换电路6121的开关可以具有相同的开关驱动信号为较佳的实施方式，但本发明并不以此为限。
进一步地，第一功率变换单元611还包含一第一变压器6112，第一变压器6112的第三绕组W3与并联的第一电感L1和第一绕组W1串联连接；第二功率变换单元612还包含第二变压器6122，第二变压器6122的第四绕组W4 与并联的第二电感L6第二绕组W2串联连接；第一变压器6112电性连接第一输出电路614，第二变压器6122电性连接第二输出电路615，且第一输出电路 614和第二输出电路615电性连接。第一输出电路和第二输出电路可以组成公共功率变换电路的一部分，使得公共功率变换电路连接第一功率变换单元611 的第一变压器6112、第二功率变换单元612的第二变压器6122以及多单元功率变换***的负载或电源，用以实现第一功率变换单元611和第二功率变换单元612的功率的汇集与分配。
在本发明的另一实施例中，多单元功率变换***61可参考图10的变压器设置和连接方式，省略第一变压器6112及第二变压器6122而增加第三变压器，第三变压器的第五绕组与并联的第一电感L1及第一绕组W1串联连接，且第三变压器的第六绕组与并联的第二电感L2及第二绕组W2串联连接，第三变压器还包含第七绕组与第三输出电路电性连接。此时，第三变压器和第三输出电路可以组成公共功率变换电路的一部分。
在本发明的又一实施例中，第一功率变换单元611还包含第一AC-DC变换电路，第一AC-DC变换电路与第一DC-AC变换电路6111电性连接；第二功率变换单元612还包含第二AC-DC变换电路，第二AC-DC变换电路与第二DC-AC变换电路6121电性连接。
请参照图12，图12为本发明多单元功率变换***第七实施例的示意图。如图12所示，多单元功率变换***71是双向功率变换***，多单元功率变换***71包含：第一功率变换单元711、第二功率变换单元712、均流变压器 713及公共功率变换电路714；第一功率变换单元711包含第一DC-AC变换电路7111和一第一无源器件网络7112，第一无源器件网络7112的无源器件包含一电容、或一电感、或电容与电感的组合，第一无源器件网络7112和第一 DC-AC变换电路7111电性连接，第一DC-AC变换电路7111输出或输入的电流流经第一无源器件网络7112；第二功率变换单元712包含第二DC-AC变换电路7121和第二无源器件网络7122，第二无源器件网络7122的无源器件包含一电容、或一电感、或电容与电感的组合，第二无源器件网络7122和第二 DC-AC变换电路7121电性连接，第二DC-AC变换电路7121输出或输入的电流流经第二无源器件网络7122；均流变压器713包含磁耦合的第一绕组W1 和第二绕组W2，用于第一功率变换单元711和第二功率变换单元712的均流，其中，第一绕组W1与第一无源器件网络7112的至少一无源器件并联以形成第一并联电路，且第二绕组W2与第二无源器件网络7122的至少一无源器件并联以形成第二并联电路；公共功率变换电路714连接第一功率变换单元711、第二功率变换单元712以及多单元功率变换***的负载或电源，用以实现第一功率变换单元711和第二功率变换单元712功率的汇集与分配。
需要说明的是，在本实施例中，以第一DC-AC变换电路7111的开关和第二DC-AC变换电路7121的开关具有相同的开关驱动信号为较佳的实施方式，但本发明并不以此为限。
进一步地，第一功率变换单元711还包含第一变压器7113，第一变压器 7113的第三绕组W3与第一并联电路串联连接；第二功率变换单元712还包含第二变压器7123，第二变压器7123的第四绕组W4与第二并联电路串联连接。
再进一步地，公共功率变换电路714包含第一输出电路和第二输出电路，第一变压器电性连接第一输出电路，第二变压器电性连接第二输出电路，且第一输出电路和第二输出电路电性连接，公共功率变换电路714包含端口1、端口2和端口3，其中端口1和2分别与第一变压器7113和第二变压器7123相连，而端口3接多单元功率变换***的负载或电源。公共功率变换电路714 通过直接电气连接或磁耦合两种方式实现端口1、端口2和端口3间的连接。
具体地说，直接电气连接是指通过开关器件、开关电路、电感或电容等将端口1、端口2和端口3相连，或者直接通过导线将端口1和端口2合并为端口3。磁耦合连接是指将端口1和端口2连接在同一磁性元件(变压器或电感) 的两个不同绕组上，再将该磁性元件的第三个绕组通过开关器件、开关电路、电感、电容或导线连接至端口3。多单元功率变换***不仅可实现单向功率传输，也可实现双向功率传输，即功率传输方向既可以从各功率变换单元AC-DC 变换电路的AC端口或DC-AC变换电路的DC端口起始，到公共功率变换电路的端口3结束(称为正向功率流)，也可以从公共功率变换电路的端口3 起始，到各功率变换单元AC-DC变换电路的AC端口，或DC-AC变换电路的 DC端口结束(称为反向功率流)。需要说明的是，均流变压器713的各绕组几乎不流过功率变换单元的主回路电流，即断开均流变压器的绕组不影响各功率变换单元的正常单独运行。
更进一步地，第一功率变换单元711还包含第一AC-DC变换电路7114，第一AC-DC变换电路7114与第一DC-AC变换电路7111电性连接；第二功率变换单元712还包含第二AC-DC变换电路7124，第二AC-DC变换电路7124 与第二DC-AC变换电路7121电性连接。
其中AC-DC变换电路及DC-AC变换电路包含由若干开关器件(如IGBT、 MOSFET或二极管等)组成的全桥、半桥或推挽结构的电路等，实现交、直流信号的转换。
在本发明的另一实施例中，公共功率变换电路714包含一第三变压器，第三变压器的第五绕组与第一并联电路串联连接，且第三变压器的第六绕组与第二并联电路串联连接，第三变压器还包含第七绕组与第三输出电路电性连接。
需要说明的是：以上实施例仅仅用以说明本发明，而并非限制本发明所描述的技术方案；同时，尽管本说明书参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；因此，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明所附权利要求的保护范围之内。

Claims (28)

1.一种多单元功率变换***，其特征在于，包含：
第一功率变换单元，所述第一功率变换单元包含第一谐振功率变换电路，所述第一谐振功率变换电路包含一第一谐振槽电路，所述第一谐振槽电路包含串联连接的第一谐振电容和第一谐振电感；
第二功率变换单元，所述第二功率变换单元包含第二谐振功率变换电路，所述第二谐振功率变换电路包含一第二谐振槽电路，所述第二谐振槽电路包含串联连接的第二谐振电容和第二谐振电感；以及
均流变压器，包含磁耦合的第一绕组和第二绕组，用于所述第一功率变换单元和所述第二功率变换单元的均流；
其中，所述第一绕组与所述第一谐振电容并联，且所述第二绕组与所述第二谐振电容并联；或所述第一绕组与所述第一谐振电感并联，且所述第二绕组与所述第二谐振电感并联；或所述第一绕组与串联的所述第一谐振电容和所述第一谐振电感并联，且所述第二绕组与串联的所述第二谐振电容和所述第二谐振电感并联。
2.如权利要求1所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述第一功率变换单元还包含一第一变压器，所述第一变压器的一第三绕组与所述第一谐振电容串联连接；
所述第二功率变换单元还包含一第二变压器，所述第二变压器的一第四绕组与所述第二谐振电容串联连接。
3.如权利要求2所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述第一谐振电感是所述第一变压器的漏感，所述第二谐振电感是所述第二变压器的漏感，其中，所述第一绕组与所述第一谐振电容并联，且所述第二绕组与所述第二谐振电容并联。
4.如权利要求3所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述第一谐振槽电路和所述第二谐振槽电路是LC谐振电路，或LLC谐振电路，或LCC谐振电路。
5.如权利要求3所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述第一谐振槽电路还包含所述第一变压器的寄生电容，所述第二谐振槽电路还包含所述第二变压器的寄生电容，所述第一谐振槽电路和所述第二谐振槽电路是LCC谐振电路。
6.如权利要求2所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述第一变压器电性连接第一输出电路，所述第二变压器电性连接第二输出电路，且所述第一输出电路和所述第二输出电路电性连接。
7.如权利要求1所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述多单元功率变换***还包含一第三变压器，所述第三变压器的一第五绕组与所述第一谐振电容串联连接，且所述第三变压器的一第六绕组与所述第二谐振电容串联连接，且所述第三变压器还包含一第七绕组与一第三输出电路电性连接。
8.如权利要求7所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述第一谐振槽电路和所述第二谐振槽电路是LC谐振电路，或LLC谐振电路，或LCC谐振电路。
9.如权利要求1所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述多单元功率变换***包含一公共功率变换电路，所述公共功率变换电路连接所述第一功率变换单元、所述第二功率变换单元以及所述多单元功率变换***的负载或电源，用以实现所述第一功率变换单元和所述第二功率变换单元的功率的汇集与分配。
10.如权利要求1所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述多单元功率变换***是双向功率变换***。
11.如权利要求1-10任一所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述第一功率变换单元还包含第一DC-AC变换电路，所述第一DC-AC变换电路与所述第一谐振槽电路电性连接；所述第二功率变换单元还包含第二DC-AC变换电路，所述第二DC-AC变换电路与所述第二谐振槽电路电性连接。
12.如权利要求11所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述第一功率变换单元还包含第一AC-DC变换电路，所述第一AC-DC变换电路与所述第一DC-AC变换电路电性连接；所述第二功率变换单元还包含第二AC-DC变换电路，所述第二AC-DC变换电路与所述第二DC-AC变换电路电性连接。
13.如权利要求11所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述第一DC-AC变换电路的开关和所述第二DC-AC变换电路的开关具有相同的开关驱动信号。
14.一种多单元功率变换***，其特征在于，包含：
第一功率变换单元，所述第一功率变换单元包含第一DC-AC变换电路和一第一电感，所述第一电感和所述第一DC-AC变换电路电性连接；
第二功率变换单元，所述第二功率变换单元包含第二DC-AC变换电路和一第二电感，所述第二电感和所述第二DC-AC变换电路电性连接；以及
均流变压器，包含磁耦合的第一绕组和第二绕组，用于所述第一功率变换单元和所述第二功率变换单元的均流；
其中，所述第一绕组与所述第一电感并联，且所述第二绕组与所述第二电感并联。
15.如权利要求14所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述第一功率变换单元还包含一第一变压器，所述第一变压器的一第三绕组与并联的所述第一电感及所述第一绕组串联连接；
所述第二功率变换单元还包含一第二变压器，所述第二变压器的一第四绕组与并联的所述第二电感及所述第二绕组串联连接。
16.如权利要求15所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述第一变压器电性连接第一输出电路，所述第二变压器电性连接第二输出电路，且所述第一输出电路和所述第二输出电路电性连接。
17.如权利要求14所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述多单元功率变换***还包含一第三变压器，所述第三变压器的一第五绕组与并联的所述第一电感及所述第一绕组串联连接，且所述第三变压器的一第六绕组与并联的所述第二电感及所述第二绕组串联连接，所述第三变压器还包含一第七绕组与一第三输出电路电性连接。
18.如权利要求14所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述多单元功率变换***包含一公共功率变换电路，所述公共功率变换电路连接所述第一功率变换单元、所述第二功率变换单元以及所述多单元功率变换***的负载或电源，用以实现所述第一功率变换单元和所述第二功率变换单元的功率的汇集与分配。
19.如权利要求14所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述多单元功率变换***是双向功率变换***。
20.如权利要求14-19任一所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述第一功率变换单元还包含第一AC-DC变换电路，所述第一AC-DC变换电路与所述第一DC-AC变换电路电性连接；所述第二功率变换单元还包含第二AC-DC变换电路，所述第二AC-DC变换电路与所述第二DC-AC变换电路电性连接。
21.如权利要求14-19任一所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述第一DC-AC变换电路的开关和所述第二DC-AC变换电路的开关具有相同的开关驱动信号。
22.一种多单元功率变换***，其特征在于，包含：
第一功率变换单元，所述第一功率变换单元包含第一DC-AC变换电路和一第一无源器件网络，所述第一无源器件网络的无源器件包含一电容、或一电感、或电容与电感的组合，所述第一无源器件网络和所述第一DC-AC变换电路电性连接，所述第一DC-AC变换电路输出或输入的电流流经所述第一无源器件网络；
第二功率变换单元，所述第二功率变换单元包含第二DC-AC变换电路和一第二无源器件网络，所述第二无源器件网络的无源器件包含一电容、或一电感、或电容与电感的组合，所述第二无源器件网络和所述第二DC-AC变换电路电性连接，所述第二DC-AC变换电路输出或输入的电流流经所述第二无源器件网络；
均流变压器，包含磁耦合的第一绕组和第二绕组，用于所述第一功率变换单元和所述第二功率变换单元的均流，其中，所述第一绕组与所述第一无源器件网络的至少一所述无源器件并联以形成一第一并联电路，且所述第二绕组与所述第二无源器件网络的至少一所述无源器件并联以形成一第二并联电路；以及
一公共功率变换电路，所述公共功率变换电路连接所述第一功率变换单元、所述第二功率变换单元以及所述多单元功率变换***的负载或电源，用以实现所述第一功率变换单元和所述第二功率变换单元的功率的汇集与分配。
23.如权利要求22所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述第一功率变换单元还包含一第一变压器，所述第一变压器的一第三绕组与所述第一并联电路串联连接；
所述第二功率变换单元还包含一第二变压器，所述第二变压器的一第四绕组与所述第二并联电路串联连接。
24.如权利要求23所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述公共功率变换电路包含一第一输出电路和一第二输出电路，所述第一变压器电性连接所述第一输出电路，所述第二变压器电性连接所述第二输出电路，且所述第一输出电路和所述第二输出电路电性连接。
25.如权利要求22所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述公共功率变换电路还包含一第三变压器，所述第三变压器的一第五绕组与所述第一并联电路串联连接，且所述第三变压器的一第六绕组与所述第二并联电路串联连接，所述第三变压器还包含一第七绕组与一第三输出电路电性连接。
26.如权利要求22所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述多单元功率变换***是双向功率变换***。
27.如权利要求22-26任一所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述第一功率变换单元还包含第一AC-DC变换电路，所述第一AC-DC变换电路与所述第一DC-AC变换电路电性连接；所述第二功率变换单元还包含第二AC-DC变换电路，所述第二AC-DC变换电路与所述第二DC-AC变换电路电性连接。
28.如权利要求22-26任一所述的多单元功率变换***，其特征在于，所述第一DC-AC变换电路的开关和所述第二DC-AC变换电路的开关具有相同的开关驱动信号。
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