CN109980956A - 一种直流电源 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种直流电源，包括整流电路和直流功率变换电路；其中，整流电路的输入端用于与第一电源/负载连接，整流电路的输出端作为直流母线与直流功率变换电路的输入端连接，实现交流‑直流双向电能变换；其中直流功率变换电路实现直流‑直流双向电能变换，包括多个桥臂模块和若干个基板，每一桥臂模块中的每一开关器件均基于对应的驱动信号开通或关断；每一桥臂模块的两端用于与直流母线连接，每一桥臂模块的输出端用于与第二电源/负载连接；所有输出端并联的桥臂模块集成在同一基板上。本发明实施例提供的直流电源，通过调整并联桥臂模块的数量，能够在保证并联桥臂模块间较好的均流特性的同时，提高直流电源容量的灵活扩展性。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种直流电源。
背景技术
随着新能源概念的普及推广，移动终端、电动汽车、储能电站等新能源设备不断推陈出新。作为新能源重要组成部分的动力电池，是决定新能源设备的便携性、续航能力和储能容量的关键因素，其电气特性对新能源设备起着至关重要的作用。
为了保证动力电池的可靠运行，需要对动力电池电芯进行全面、有效的测试。首先，动力电池电芯的测试电源要具备低压大电流特性。其次，针对不同容量大小的电芯，测试电源需具有不同的额定输出电流能力。此外，考虑动力电池的极限应用，特别是诸如电池短路、快速充电或放电等涉及电池安全性的电池边界特性的测试，要求测试电源具有电流双向、高动态、高精度的输出控制能力。
当前的测试电源为满足电芯测试需求，多数采用基于常规小电流容量的开关器件直接并联并配合适当的控制策略来实现稳态和动态特性的技术方案。上述方案中，并联开关器件的均流特性完全取决于器件参数、电路杂散参数和驱动回路特性，且各开关器件的端口电压、电流无法直接测量，很大程度上降低了测试电源的可控性。
发明内容
本发明实施例提供一种直流电源，用以解决现有的测试电源均流特性差、可控性低、可扩展性差的问题。
本发明实施例提供一种直流电源，包括整流电路和直流功率变换电路；
其中，所述整流电路的输入端用于与第一电源/负载连接，所述整流电路的输出端作为直流母线与所述直流功率变换电路的输入端连接，所述整流电路实现交流-直流双向电能变换；
所述直流功率变换电路实现直流-直流双向电能变换，包括多个桥臂模块和若干个基板，每一所述桥臂模块中的每一开关器件均基于对应的驱动信号开通或关断；每一所述桥臂模块的两端用于与所述直流母线连接，每一所述桥臂模块的输出端用于与第二电源/负载连接；所有输出端并联的所述桥臂模块集成在同一所述基板上。
本发明实施例提供的一种直流电源，将所有输出端并联的桥臂模块集成在同一基板上，能够保证各桥臂模块内包含的开关器件温度均衡，换流回路面积等外部因素尽量相同，优化并联桥臂模块间的均流特性。各桥臂模块具备独立性，针对单一桥臂模块，该桥臂模块中各个开关器件的端口电压和桥臂模块的输出电流也可以进行独立测量，增强了直流功率变换电路的可控性。此外，仅需要调节直流功率变换电路中包含的并联桥臂模块的数量便能够满足不同的功率电源容量需求，结构可拓展性强、灵活度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其余的附图。
图1为本发明实施例提供的直流电源的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的直流功率变换电路的结构示意图；
图3为本发明另一实施例提供的直流功率变换电路的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的桥臂模块的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的集成多个桥臂模块的基板的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的安装有散热模块的基板的结构示意图；
图7为本发明又一实施例提供的直流功率变换电路的结构示意图；
图8为本发明另一实施例提供的直流电源的结构示意图；
图9为本发明又一实施例提供的直流电源的结构示意图；
图10为本发明再一实施例提供的直流电源的结构示意图；
附图标记说明：
1-桥臂模块； 1a-第一端口； 1b-第二端口；
1c-输出端； 11-功率桥臂； 12-直流支撑电容；
13-驱动模块； 14-滤波电感； 15-滤波电容；
16-直流母线； 21-第一电源/负载； 22-第二电源/负载；
3-基板； 4-整流电路； 5-直流功率变换电路；
61-第一开关； 62-第二开关； 7-控制模块；
8-检测模块； 9-滤波电容； 10-散热模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其余实施例，都属于本发明保护的范围。
基于多个小容量开关器件直接并联的技术方案所构建的直流功率变换电路，开关器件的均流特性完全取决于器件参数、电路杂散参数和驱动回路特性，均流特性差，可控性低。为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种直流功率变换电路，为动力电池电芯的测试提供均流特征佳、可控性强的测试电源。需要说明的是，本发明实施例提供的直流电源不仅可用于测试电源，还可以用于智能终端、电动汽车、储能电站等应用领域。图1为本发明实施例提供的直流电源的结构示意图，如图1所示，该直流电源包括整流电路4和直流功率变换电路5；其中，整流电路4的输入端用于与第一电源/负载21连接，整流电路4的输出端作为直流母线16与直流功率变换电路5的输入端连接，整流电路用于实现交流-直流双向电能变换；直流功率变换电路5实现直流-直流双向电能变换，包括多个桥臂模块1和若干个基板3，每一桥臂模块1中的每一开关器件均基于对应的驱动信号开通或关断；每一桥臂模块1的两端用于与直流母线16连接，每一桥臂模块1的输出端1c用于与第二电源/负载22连接；所有输出端1c并联的桥臂模块1集成在同一所述基板3上。
具体地，直流电源中，第一电源/负载21为交流电源，第一电源/负载21与整流电路4连接，整流电路4对第一电源/负载21输出的交流电进行整流，并将整流得到的直流电作为直流功率变换电路5的直流母线。直流功率变换电路5对整流电路4输入的直流电进行直流-直流变换，输出直流电至第二电源/负载22。此外，还存在第一电源/负载21为交流负载的情况，直流功率变换电路5对第二电源/负载22输入的直流电进行直流-直流变换，输出直流电并输入至整流电路4。整流电路4可以对逆向输入的直流电进行逆变，转换为交流电并输出至第一电源/负载21。例如，第一电源/负载21为交流220V或380V市电。整流电路4基于桥式高频同步整流方式，将输入的交流电变换为低压直流电，为后级直流功率变换电路5提供直流母线电压，直流功率变换电路5将直流母线16上的低压直流电调压变换成第二电源/负载22所需的直流电。同时，直流功率变换电路5也可以将第二电源/负载22的直流电反变换至直流母线16，整流电路4再将直流母线16的低压直流电逆变为第一电源/负载21的交流电。整流电路4可以单独封装成模块。
其中，直流功率变换电路5包括多个桥臂模块1，此处每一桥臂模块1均为一个能够独立运行的功率变换模块，且桥臂模块1中包含多个开关器件，每一开关器件均能够在对应的驱动信号的控制下实现导通或关断。此处为便于区分，将桥臂模块1的两端称为第一端口1a和第二端口1b。此处，开关器件可以是基于Si基、SiC基或GaN基的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、结型场效应晶体管(JunctionField-Effect Transistor，JFET)等晶体管和二极管，本发明实施例对此不作具体限定。由于各桥臂模块1具备独立性，则针对单一桥臂模块1，该桥臂模块1中各个开关器件的端口电压和电流也可以进行直接、独立测量。
直流母线16和第二电源/负载22可以分别连接在直流功率变换电路5的两端，直流功率变换电路5能够实现直流母线16和第二电源/负载22之间的双向电能变换，可以将直流母线16作为输入电源、第二电源/负载22作为负载，实现电能从直流母线16到第二电源/负载22的变换；或者将直流母线16作为负载、第二电源/负载22作为电源，实现电能从第二电源/负载22到直流母线16的变换。需要说明的是，第二电源/负载22可以是一个或多个电源和负载，即在直流功率变换电路5中，不同的桥臂模块1可以与不同的第二电源/负载22连接，从而实现不同的第二电源/负载22与直流母线16之间的功率转换。进一步地，每一桥臂模块1的两端，即第一端口1a和第二端口1b用于与直流母线16的两端连接，每一桥臂模块1的输出端1c用于与第二电源/负载22的一端连接。在桥臂模块1的输出端1c与第二电源/负载22连接时，可以将直流功率变换电路5中需要与同一第二电源/负载22连接的桥臂模块1平均分为两部分，一部分桥臂模块1的输出端1c并联后与第二电源/负载22的一端连接，另一部分桥臂模块1的输出端1c并联后与同一第二电源/负载22的另一端连接，还可以将直流功率变换电路5中需要与第二电源/负载22连接的所有桥臂模块1作为一个整体，将所有桥臂模块1的输出端1c并联后与第二电源/负载22的一端连接，将所有桥臂模块1的第一端口1a或第二端口1b并联后与第二电源/负载22的另一端连接，本发明实施例对此不作具体限定。
直流功率变换电路5中，桥臂模块1均集成在基板3上，且基板3上集成的各个桥臂模块1之间相互独立，无电气连接，有助于根据不同的功率电源容量需求实时调整直流功率变换电路5中包含的桥臂模块1的数量，从而使得直流功率变换电路5的扩容更加灵活。为了优化直流功率变换电路的均流特性，基板3可以采用导热性较好的材质，如铝基板或铜基板，在为桥臂模块1提供物理支撑和局部导电线路的同时，起到良好的热传导作用，以保证同一基板3上集成的各个桥臂模块1内包含的开关器件温度均衡，换流回路面积等外部因素尽量相同，为实现较好的并联支路均流创造条件。
为了进一步优化直流功率变换电路5的均流特性，需要保证所有输出端1c并联的桥臂模块1集成在同一基板3上，以使得上述两个桥臂模块1内包含的开关器件温度均衡，换流回路面积等外部因素尽量相同。需要说明的是，将所有输出端1c并联的桥臂模块1作为一组并联桥臂模块，一组并联桥臂模块中的每一桥臂模块1需要集成在同一基板3上，任一基板3上可以同时集成多组并联桥臂模块。
本发明实施例提供的直流电源中，将所有输出端并联的桥臂模块集成在同一基板上，能够保证各桥臂模块内包含的开关器件温度均衡，换流回路面积等外部因素尽量相同，优化并联桥臂模块间的均流特性。各桥臂模块具备独立性，针对单一桥臂模块，该桥臂模块中各个开关器件的端口电压和电流也可以进行独立测量，增强了直流功率变换电路的可控性。此外，仅需要调节直流功率变换电路中包含的并联桥臂模块的数量便能够满足不同的功率电源容量需求，结构可拓展性强、灵活度高。
基于上述实施例，图2为本发明实施例提供的直流功率变换电路的结构示意图，如图2所示，该直流功率变换电路中，一部分桥臂模块1的输出端1c并联后与第二电源/负载22的一端连接，另一部分桥臂模块1的输出端1c并联后与第二电源/负载22的另一端连接；一部分桥臂模块1均集成在任一基板3上，另一部分桥臂模块1均集成在该基板3或另一基板3上。
具体地，将该直流功率变换电路中的桥臂模块1平均分为两部分，即两组并联桥臂模块。将上述两组并联桥臂模块的输出端1c分别并联后与第二电源/负载22的两端连接，作为各个桥臂模块1的一种并联方式。两组并联桥臂模块可以集成在同一基板3上，也可以分别集成在两个基板3上。例如，图2中的直流功率变换电路包括两个基板3，每一基板3上集成有一组并联桥臂模块。
基于上述任一实施例，图3为本发明另一实施例提供的直流功率变换电路的结构示意图，如图3所示，直流功率变换电路中的所有桥臂模块1的输出端1c并联后均与第二电源/负载22的一端连接，所有桥臂模块1的一端并联后与第二电源/负载22的另一端连接；每一桥臂模块1均集成在同一基板3上。
具体地，将直流功率变换电路中的全部桥臂模块1作为一组并联桥臂模块，全部桥臂模块1的输出端1c并联后与第二电源/负载22的一端连接，并将全部桥臂模块1的第一端口1a或第二端口1b并联后与第二电源/负载22的另一端连接，作为各个桥臂模块1的另一种并联方式。基于上述并联方式的直流功率变换电路中的全部桥臂模块1均集成在同一基板3上。图3中，每一桥臂模块1的第二端口1b同时与直流母线16的一端和第二电源/负载22的一端连接。此外，还可以是直流功率变换电路中全部桥臂模块1的第一端口1a同时与直流母线16的一端和第二电源/负载22的一端连接，本发明实施例对此不作具体限定。
图2和图3提供了两种桥臂模块输出并联方式，并针对不同的并联方式提供了对应的桥臂模块1的集成方式，通过将一组并联桥臂模块中的每一桥臂模块1集成在同一基板3上，优化了并联桥臂模块的均流特性。由此，直流功率变换电路不仅可以通过改变桥臂模块1的数量来实现电流容量的灵活调整，还可以通过改变桥臂模块1的输出并联方式来实现不同输出模式的调整，进一步提高直流电源的灵活性。
例如，当输出电流容量需求大时，将直流功率变换电路中每一基板上集成的全部桥臂模块作为一组并联桥臂模块，将两组并联桥臂模块的输出端作为直流功率变换电路的两个输出端口，即直流功率变换电路包括两层基板。当输出电流容量需求小时，每一基板对应一组直流功率变换电路，每一基板上集成的桥臂模块平均分为两组并联桥臂模块，分别并联形成直流功率变换电路的两个输出端口。
基于上述任一实施例，图4为本发明实施例提供的桥臂模块的结构示意图，如图4所示，直流电源中，桥臂模块包括功率桥臂11，桥臂模块还包括直流支撑电容12、驱动模块13和滤波电感14中的至少一种；其中，直流支撑电容12与功率桥臂11并联；驱动模块13与功率桥臂11中的每一开关器件的驱动端连接，驱动模块13用于为每一开关器件提供对应的驱动信号；滤波电感14连接在功率桥臂11的输出端1c与第二电源/负载22之间，用于平滑功率桥臂电流。
具体地，针对任一桥臂模块，桥臂模块中包含有用于实现功率变换的功率桥臂11，功率桥臂11包含多个开关器件，每一开关器件均能够在对应的驱动信号的控制下实现导通或关断。功率桥臂11可以是半桥桥臂，还可以是有源输出端钳位桥臂、输出端钳位桥臂、飞跨电容桥臂或T型桥臂，本发明实施例对此不作具体限定。
此外，桥臂模块中还包括直流支撑电容12，直流支撑电容12可以由单个电容或多个分立电容、电容组并联构成，直流支撑电容12的两端分别连接至功率桥臂11的两端，与功率桥臂11并联，直流支撑电容12用于滤波和储能。
桥臂模块还包括驱动模块13，驱动模块13与功率桥臂11中的每一开关器件的驱动端连接，将外部输入的控制信号隔离、转换为功率信号，即驱动信号，用以驱动对应的开关器件。需要说明的是，功率桥臂11中的每一开关器件均对应一路隔离、独立的驱动信号。
桥臂模块还包括滤波电感14，滤波电感14连接在功率桥臂11的输出端1c与第二电源/负载22之间。在桥臂模块中存在滤波电感14的情况下，滤波电感14一端与功率桥臂11的中点连接，另一端即为桥臂模块的输出端1c，与第二电源/负载22连接。滤波电感14可以是分立电感，也可以是耦合电感的一个分支电感，本发明实施例对此不作具体限定。此外，桥臂模块还可以不包含滤波电感14，而是在基板3外独立设置每一桥臂模块对应的耦合电感的分支电感，从而减小桥臂模块的体积，提高桥臂模块乃至基板3的功率密度。
例如，图5为本发明实施例提供的集成多个桥臂模块的基板的结构示意图，如图5所示，基板3上集成了6个桥臂模块1。点划线方框示出的区域为其中任一桥臂模块1，包括第一端口1a、第二端口1b、输出端1c，以及功率桥臂11、直流支撑电容12。功率桥臂11设置的区域内，还设置有驱动模块。桥臂模块对应的滤波电感，设置在基板外。
基于上述任一实施例，直流电源还包括检测模块和控制模块；其中，检测模块包括传感装置和调理电路，传感装置用于测量第一电源/负载、直流母线、桥臂模块和第二电源/负载中至少一种的电气参数，获取检测量；调理电路用于对检测量进行调理，并将调理后的检测量传输至控制模块；控制模块用于基于调理后的检测量以及功率变换需求输出每一桥臂模块中的每一开关器件的控制信号，并将控制信号传输至对应的桥臂模块中的驱动模块，以使得驱动模块能够基于控制信号生成驱动信号，控制开关器件的导通和关断。
具体地，传感装置可以是电压传感器、电流传感器等用于测量第一电源/负载、直流母线、桥臂模块和第二电源/负载中至少一种的电气参数的设备，电气参数可以是输入电压、输入电流、输出电压、输出电流以及中间级电压和电流等。传感装置在测量得到上述电气参数的检测量后，将检测量传输至调理电路，调理电路在对检测量进行调理后，将调理后的检测量传输至控制模块。控制模块能够根据调理后的检测量，以及功率变换需求，对直流功率变换电路进行闭环控制，生成每一桥臂模块中的每一开关器件对应的控制信号，并将每一桥臂模块对应的控制信号发送给该桥臂模块内包含的驱动模块。驱动模块在接收到控制模块提供的控制信号后，对控制信号隔离、转换为功率信号，即驱动信号，用以驱动对应的开关器件。此处，功率变换需求可以是输出电压电流精度、动态响应特性以及电能变换方向等指标。
基于上述任一实施例，控制模块针对每一桥臂模块输出的控制信号为同步控制信号或移相控制信号。
具体地，控制模块能够在检测模块和驱动模块的基础上，实现对直流功率变换电路中各个桥臂模块内开关器件的有效控制以及直流功率变换电路输出的电能质量的控制。进一步地，控制模块可以对各桥臂模块内的开关器件采用严格同步的同一控制信号，即同步控制信号进行控制，使得各桥臂模块以相同的工作方式进行电能变换，以获取较好的并联支路均流效果；控制模块还可以对各桥臂模块内的开关器件采用移相控制信号进行控制，例如任一桥臂模块开关器件的控制信号可以由另一桥臂模块开关器件的控制信号经过一定的延时得到，相邻桥臂模块的开关器件控制信号依次存在特定的相位差，各个并联的桥臂模块以交错的工作方式进行电能变换，以实现输出谐波抵消和高故障冗余控制。
此外，直流电源中还可以包括辅助电源，辅助电源用于为整流电路和直流变换电路中的驱动模块、检测模块和控制模块供电。
基于上述任一实施例，图6为本发明实施例提供的安装有散热模块的基板的结构示意图，如图6所示，直流电源还包括散热模块10，散热模块10紧密贴装在每一基板3背面。
具体地，基板3背面是指基板3集成有桥臂模块的一面的背面。基板3在为桥臂模块提供物理支撑和局部导电线路的同时，起到良好的热传导作用，将开关器件产生的热量传导到散热模块10上，散热模块10再将热量散发到环境中。此外，在基板3背面和散热模块10间均匀添加高导热系数的导热介质，如导热硅脂或导热胶垫，能够消除基板3和散热模块10贴面间的接触空隙。
根据损耗热量大小，散热模块可采用自然风冷，也可以采用强迫风冷、热管散热或者水冷等。其中，散热模块自然风冷是利用自然空气冷却散热模块。散热模块强迫风冷，则需在散热模块侧面安装风扇，对散热模块表面实现吹风或吸风，利用对流作用加速散热模块的冷却。热管散热是将散热模块上的热量通过热管传导到直流电源外壳或其他的散热面上实现热量散发。散热模块水冷，则需在散热模块上紧密贴装水冷装置，利用散热模块和水冷装置间的热传导，将热量通过冷却水带走。
本发明实施例提供的直流电源，通过贴装散热模块，保证了同一基板上集成的并联桥臂模块均衡的环境温度，以利于均流控制。
基于上述任一实施例，直流电源还包括滤波电容，滤波电容与第二电源/负载并联。具体地，在直流功率变换电路与第二源/负载的连接端并联滤波电容，能够有效平滑输出电压，提高输出电能质量。
图7为本发明又一实施例提供的直流功率变换电路的结构示意图，如图7所示，该直流功率变换电路中包括多个桥臂模块1，每一桥臂模块1包括直流支撑电容12和功率桥臂11，此处功率桥臂11为半桥桥臂，且每一桥臂模块1对应设置有滤波电感14与半桥桥臂的输出端1c连接。该直流功率变换电路中的两部分桥臂模块1的输出端1c分别与滤波电感14连接后并联形成直流功率变换电路的两个输出端口，直流功率变换电路的两个输出端口之间并联滤波电容15。
基于上述任一实施例，该直流电源还包括第一开关和/或第二开关；第一开关设置在第一电源/负载与整流电路之间，第二开关设置在滤波电容和第二电源/负载之间。第一开关用于控制直流电源与第一电源/负载之间电气连接的通断，第二开关用于控制直流电源与第二电源/负载之间电气连接的通断。
例如，图8为本发明另一实施例提供的直流电源的结构示意图，如图8所示，直流电源中，第一电源/负载21与整流电路4之间设置有第一开关61，直流功率变换电路5和第二电源/负载22之间设置有第二开关62。整流电路4与直流功率变换电路5之间并联有电压传感装置，用于采集直流母线电压，直流功率变换电路5与第二电源/负载22之间并联有电压传感装置，用于采集输出电压，且直流功率变换电路5与第二电源/负载22之间的回路上串联有电流传感装置，用于采集输出电流。上述直流母线电压、输出电压和输出电流经过调理后传输至控制模块，控制模块用于基于上述参数以及功率变换需求输出直流功率变换电路5中每一桥臂模块中的每一开关器件的控制信号，对直流功率变换电路5进行控制。
图9为本发明又一实施例提供的直流电源的结构示意图，如图9所示，直流电源的基板3上集成有6个桥臂模块1，每个桥臂模块1的第一端口1a和第二端口1b连接正负直流母线16的两端。基板3上每3个桥臂模块1中的滤波电感的一端作为输出端相互并联，构成两组并联桥臂模块。滤波电容9跨接在两组并联桥臂模块的输出端上，且并联桥臂模块的输出端还分别与检测模块8和第二开关62连接。每个基板3及其对应的滤波电感14、滤波电容9、检测模块8和第二开关62形成一个功率通道，连接一个第二电源/负载22。整个直流电源可包含多个功率通道。
图10为本发明再一实施例提供的直流电源的结构示意图，如图10所示，每个基板3上集成有6个桥臂模块1，所有桥臂模块1的第一端口1a和第二端口1b分别连接正负直流母线16的两端，所有桥臂模块1中的滤波电感的一端作为输出端相互并联，构成一组并联桥臂模块。两个基板3所对应的两组并联桥臂模块的输出端之间并联滤波电容9，且并联桥臂模块的输出端还分别与检测模块8和第二开关62连接。两个基板3及其对应的滤波电感14、滤波电容9、检测模块8和第二开关62形成一个功率通道，连接一个第二电源/负载22。
基于上述任一实施例，该直流电源还包括箱体，整流电路和直流功率变换电路设置在箱体内部；箱体的任意两个相对的表面可以分别设置有风道入口和风道出口。
具体地，通过在箱体的任意两个相对的表面分别设置风道入口和风道出口，使得箱体内由于功率变换产生的热量能够快速散出箱体，保证箱体内整流电路和直流功率变换电路的稳定运行。
基于上述任一实施例，一种直流电源，采用交流-直流和直流-直流两级电能变换。其中，交流-直流变换，即整流电路采用桥式高频整流实现交流电到低压直流母线电压之间的双向电能变换。直流-直流变换，即直流功率变换电路采用多桥臂模块并联结构，在实现直流母线电压和负载电压之间双向电能变换的同时，通过多个桥臂模块并联，实现不同输出电流的精确控制。多个独立、并行的桥臂模块集成在同一基板上，以获得较好的均流效果。辅助电源为整个设计提供辅助直流电源。控制模块用于实现目标指令电压和电流的变换控制。检测模块实现电气参数的检测。进一步地，控制模块还可以包括控制面板，控制面板用于接收下发的控制指令，并基于控制指令和电气参数闭环计算生成各桥臂模块开关器件的控制信号，从而在输出侧得到目标电压和电流。另外，控制模块还可以用于控制第一开关和第二开关。
直流电源设计采用箱体式结构，箱体正面包含状态指示、操作界面以及风道入口；背面为风道出口；四个侧面为封闭面。箱体内部左右侧分别为整流电路和辅助电源、控制模块和检测模块等辅助电路，中部为直流功率变换电路。直流功率变换电路采用多功率通道并行层叠结构，每个功率通道包含集成有多桥臂模块的基板、滤波电感、滤波电容和散热模块。每个功率通道形成一路直流电源输出。
本发明实施例提供的直流电源，将直流功率变换电路中所有输出端相并联的桥臂模块集成在同一基板上，能够保证各桥臂模块内包含的开关器件温度均衡，换流回路面积等外部因素尽量相同，优化直流功率变换电路的均流特性。且各桥臂模块具备独立性，则针对单一桥臂模块，该桥臂模块中各个开关器件的端口电压和电流也可以进行独立测量，增强了直流功率变换电路的可控性。此外，仅需要调节直流功率变换电路中包含的并联桥臂模块的数量便能够满足不同的功率电源容量需求，结构可拓展性强、灵活度高。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种直流电源，其特征在于，包括整流电路和直流功率变换电路；
其中，所述整流电路的输入端用于与第一电源/负载连接，所述整流电路的输出端作为直流母线与所述直流功率变换电路的输入端连接，所述整流电路实现交流-直流双向电能变换；
所述直流功率变换电路实现直流-直流双向电能变换，包括多个桥臂模块和若干个基板，每一所述桥臂模块中的每一开关器件均基于对应的驱动信号开通或关断；每一所述桥臂模块的两端用于与所述直流母线连接，每一所述桥臂模块的输出端用于与第二电源/负载连接；所有输出端并联的所述桥臂模块集成在同一所述基板上。
2.根据权利要求1所述的直流电源，其特征在于，所述直流功率变换电路中的一部分所述桥臂模块的输出端并联后与所述第二电源/负载的一端连接，所述直流功率变换电路中的另一部分所述桥臂模块的输出端并联后与所述第二电源/负载的另一端连接；
所述一部分桥臂模块均集成在任一所述基板上，所述另一部分桥臂模块均集成在所述任一基板或另一所述基板上。
3.根据权利要求1所述的直流电源，其特征在于，所述直流功率变换电路中的所有所述桥臂模块的输出端并联后与所述第二电源/负载的一端连接，所有所述桥臂模块的一端并联后与所述第二电源/负载的另一端连接；
每一所述桥臂模块均集成在同一所述基板上。
4.根据权利要求1所述的直流电源，其特征在于，所述桥臂模块包括功率桥臂，所述桥臂模块还包括直流支撑电容、驱动模块和滤波电感中的至少一种；
其中，所述直流支撑电容与所述功率桥臂并联；
所述驱动模块与所述功率桥臂中的每一所述开关器件的驱动端连接，所述驱动模块用于为每一所述开关器件提供对应的所述驱动信号；
所述滤波电感连接在所述功率桥臂的中点与所述第二电源/负载之间。
5.根据权利要求4所述的直流电源，其特征在于，还包括检测模块和控制模块；
其中，所述检测模块包括传感装置和调理电路，所述传感装置用于测量所述第一电源/负载、所述直流母线、所述桥臂模块和所述第二电源/负载中的至少一种的电气参数，获取检测量；所述调理电路用于对所述检测量进行调理，并将调理后的所述检测量传输至控制模块；
所述控制模块用于基于所述调理后的检测量以及功率变换需求输出每一所述桥臂模块中的每一所述开关器件的控制信号，并将所述控制信号传输至对应的所述桥臂模块中的所述驱动模块，以使得所述驱动模块能够基于所述控制信号生成所述驱动信号。
6.根据权利要求5所述的直流电源，其特征在于，所述控制模块针对每一所述桥臂模块输出的所述控制信号为同步控制信号或移相控制信号。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的直流电源，其特征在于，还包括散热模块，所述散热模块紧密贴装在每一所述基板背面；所述散热模块采用的散热方式包括自然风冷、强迫风冷、热管散热和水冷散热中的至少一种。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的直流电源，其特征在于，还包括滤波电容，所述滤波电容与所述第二电源/负载并联。
9.根据权利要求8所述的直流电源，其特征在于，还包括第一开关和/或第二开关；
所述第一开关设置在所述第一电源/负载与所述整流电路之间，所述第二开关设置在所述滤波电容和所述第二电源/负载之间。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的直流电源，其特征在于，还包括箱体，所述整流电路和所述直流功率变换电路设置在所述箱体内部；所述箱体的任意两个相对的表面分别设置有风道入口和风道出口。
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