CN114303313A - 用于优化中频变压器mft中的电流平衡的带分体式能量转移电感器的双有源桥式转换器单元 - Google Patents

用于优化中频变压器mft中的电流平衡的带分体式能量转移电感器的双有源桥式转换器单元 Download PDF

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Abstract

根据本发明的双有源桥式DC/DC转换器包括：第一DC链路，优选地包括第一DC链路电容器；转换器桥，其连接到第一DC链路；变压器，优选的是中频变压器，具有初级侧和次级侧；变压器的初级侧包括多个(即，M>1)初级绕组，该多个初级绕组中的每一个具有第一端子和第二端子；其中，双有源桥式DC/DC转换器还包括第一多个(即，M个)能量转移电感器；并且其中，对于M个初级绕组中的每一个，第一多个能量转移电感器中不同的能量转移电感器连接在所述初级绕组桥和转换器桥之间。

Description

用于优化中频变压器MFT中的电流平衡的带分体式能量转移 电感器的双有源桥式转换器单元
技术领域
本发明涉及电力电子领域。它涉及根据独立专利权利要求的双有源桥式DC/DC转换器。
背景技术
在几千赫兹(尤其是高于3kHz或更高频率)的高频下处理大电流(几百安培及以上，尤其是200A以上)的变压器，由于在较低频率(尤其是在低于1kHz的频率)下和/或对于低电流(尤其是低于100A的电流)可忽略的几种影响，很难用低成本和/或现成组件制造。涉及此类高频和/或电流的典型应用是固态变压器中经常使用的中频变压器，特别是对于被配置为AC/DC转换器的SST，用于如电动汽车(EV)快速充电、光伏(PV)太阳能、电池储能***(BESS)、陆上和海上风力发电、数据中心中将分布式电源连接到中压(MV)电网，但该典型应用也可是在高功率低压DC/DC转换器中通常使用的无MV绝缘要求的变压器，该DC/DC转换器具有EV快速充电器的充电极需要电绝缘。此类DC/DC转换器的一个特定示例是双有源桥式转换器，如瑞士专利申请公开CH 707533 A2或美国专利申请公开CH 2018/0159435 A1中示例性描述的(这两个申请通过引用全部结合于此)。
为了使变压器线圈中的高频损耗保持较小，一种方法是使用丽兹线形成线圈的绕组。虽然丽兹线的价格比实心铜线的高数倍，但对于高达100-200A(均方根，rms)的AC电流，其可以是“现货”购买的。丽兹线由通常由铜制成的大量换位钢绞线组成，并且可在总横截面高达0.5cm2的情况下现成提供，这允许最大电流在100-200Arms的范围内(假设填充系数在0.4到0.9之间，尤其是至少约为0.8，电流密度为2.5…5A/mm2)。以上所列应用中典型的较大电流需要较大的横截面，而弯曲难度也将会越来越大。丽兹线通常不是由铝制成的，因为使用铝极难可靠地接触电线端子上的所有绞线(例如，上述铜丽兹线中的900股直径为0.2mm的绞线)。铜丽兹线的价格比纯铜的高至少2-4倍，铜的价格大约比铝的高3倍。对于以上所列应用中典型的更大电流(>100A)，必须并联几根铜丽兹线，这通常会导致由于并联电线之间的杂散磁通而产生循环电流，从而显著增加损耗。
为了优化和/或尽量减少制造工作量和所需资源，50Hz变压器中常用的铝箔绕组和/或纯铜将是线圈的首选。在高频下，由于集肤效应和邻近效应，箔中的绕组损耗显著增加。如果使用单个箔，频率定义所需的箔厚度，期望或所需的电流定义箔高度，而这导致变压器高度。因此，对于大电流和高频，变压器形状将明显偏离立方体形状，这将导致更高的重量、铁芯损耗，并增加对资源和工作量的要求(需要更高的铁芯体积)。
如果使用平行箔，则单个箔的高度可能会降低，但由于平行箔之间的杂散磁场，可能会产生强循环电流，从而显著增加损耗(与平行导线的效果相同)。
在这两种设计中，铜丽兹线和铜箔的一个主要问题是并联导体之间的循环电流，这些循环电流通常会显著增加绕组损耗，从而降低变压器额定功率和/或显著增加变压器成本(美元/千瓦)。在诸如EV快速充电、PV太阳能、电池储能***、风能或数据中心等有前景的分布式能源应用中，中频变压器(MFT)是一个关键组件。对于更高的电流(尤其是高于100A的电流)，简单地放大50/60Hz技术和/或使用现成的丽兹线或低成本箔线会因高频感应循环电流而导致巨大损失，这显著降低变压器性能。
循环电流的产生，尤其是在两条或更多条电线、箔、或形成并行连接的绕组(其中，每个绕组包括多个匝)的其他导体的配置中，可以被理解如下：每个匝暴露在杂散磁场中，例如，在由变压器的铁芯形成的绕组窗口中。形成在变压器的输入端和输出端连接的单独绕组的平行丽兹线形成一个回路，其暴露在杂散磁场中。杂散磁场随MFT的工作频率变化，产生的在该回路中驱动循环电流的电压。循环电流增加了MFT中的标称电流，这可能会导致一根丽兹线承载超过一半的标称电流，而并联的电线相应地承载标称电流的不到一半。如果循环电流足够大，则一根丽兹线可以承载超过总标称电流，而并联的电线承载负(180°相移)电流。通过这种方式，不仅有效地将总可用铜截面减少了50％，而且还引入了额外的损耗，并且MFT的最大输出功率减少了两倍或两倍以上。
限制循环电流的最新解决方案需要额外的组件、更高的制造工作量、和额外的空间，并可能导致额外的问题。一种最新的解决方案是，并联连接的电线或箔的换位(例如由相互缠绕或以其他方式相互缠绕或交错的并联电线提供)需要额外的制造工作(尤其是对于箔绕组)，导致有效电线长度增加，在只有几个绕组匝数的MFT中表现出有限的效率，并可能导致高电压绝缘挑战(例如，由于换位位置附近的几何不均匀性)。或者，可以在并联的导线或箔之间添加共模滤波器。然而，这需要额外的组件，因此可能会导致更高的成本和更高的制造工作量，并需要额外的空间和/或其他资源。
本发明的目的可以是有效抑制双有源桥式DC-DC转换器中的循环电流。本发明的另一个目的可以是提供一种方法，以通过改变双有源桥式DC/DC转换器的拓扑结构来完全阻断循环电流，而无需任何额外组件或资源。
发明内容
根据独立专利权利要求，这些目标通过具有特征组合的双有源桥式DC/DC转换器实现。结合附图，从从属权利要求和以下描述中可以明显看出其他示例性实施例。
根据本发明的双有源桥式DC/DC转换器包括：第一DC链路，优选地包括第一DC链路电容器；转换器桥，连接到第一DC链路；变压器，优选中频变压器，具有初级侧和次级侧；变压器的初级侧包括多个(M>1个)初级绕组，该多个初级绕组中的每一个具有第一和第二端子；其中，该双有源桥式DC/DC转换器还包括第一多个(M个)能量转移电感器；并且其中，对于M个初级绕组中的每一个初级，第一多个能量转移电感器中不同的能量转移电感器连接在所述初级绕组桥和转换器桥之间。
转换器桥可被视为具有与第一DC链路连接的输入端的DC/AC转换器或逆变器的一部分，而第一DC链路又可通过转换器连接到电网或连接到DC电源(例如，PV太阳能***或BESS)，其中，DC/AC转换器被配置为在所述DC/AC转换器的输出端提供AC电压和/或电流。
变压器可被视为具有与所述DC/AC转换器的输出端连接的输入端和/或初级侧的AC中间电路的一部分。AC中间电路可包括附加元件，尤其是电感器，其与AC中间电路的输入端或输出端或次级侧并联连接，或串联连接在AC中间电路的输入端或输出端与变压器之间。变压器尤其可以仅配备单个初级绕组和/或单个次级绕组，但将通常包括多个初级绕组和/或多个次级绕组。
AC中间电路的输出端和/或次级侧可连接到AC/DC转换器的输入端，该AC/DC转换器被配置为将由AC中间电路输出的AC电流和/或电压转换为AC/DC转换器的输出端处的DC电压和/或(间歇)DC电流，该AC/DC转换器的输出端又可经由第二转换器桥连接到第二DC链路，该第二DC链路优选地包括第二DC链路电容器，在第二DC链路电容器处可连接负载。如果转换器适于双向操作，特别是允许双向电力流，则负载至少可以暂时充当发电源。
第一DC链路可提供至少两个电压电平，尤其是零或中性电平和正电平。具体地，第一DC链路还可以提供正电平、零电平、或中性电平以及负电压电平。
双有源桥式DC/DC转换器可以包括与第一DC链路并联连接的多于一个转换器桥(尤其是总共N>1个转换器桥)，并且还可以包括第二多个(即，N个)能量转移电感器和公共节点，其中，第二多个(即，N个)能量转移电感器中的每一个连接在转换器桥之一和该公共节点之间；并且第一多个(即，M个)能量转移电感器中的每一个连接在该公共节点和多个初级绕组中不同的初级绕组的第一端子之间。
一个或多个转换器桥尤其可以是具有任意拓扑的有源桥，其可以将由第一DC链路提供的两个电压电平中的至少一个施加到AC中间电路的输入端(尤其是输入端子)。这可包括半桥、全桥、星形点夹紧桥和任何类型的多级拓扑。例如，三点电桥允许向AC中间电路的输入端施加正电压、负电压、和零电压。
因此，一个或多个转换器桥可包括多个开关和相应的开关连接，其允许在AC中间电路的输入端和每个电压电平之间建立和中断连接。开关尤其可以在控制单元、控制***、或控制器的控制下运行，控制单元、控制***、或控制器可以在DC/AC转换器的内部，也可以设置在外部。控制尤其可以是闭环控制。
优选地，如果存在并联连接到第一DC链路的多个转换器桥，则所有这些转换器桥具有相同的拓扑。优选地，所有转换器桥的相应开关被配置为以至少基本同步的方式操作。具体地，控制器或控制***可以至少基本上同步地接通所有相应的开关，并且可以至少基本上同步地关断所有相应的开关。
开关尤其可以是半导体开关，包括晶体管，尤其是BJT(双极结晶体管)、MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(集成栅双极晶体管)；或晶闸管，尤其是GTO(门极关断晶闸管)、GCT(门极换向晶闸管)、或IGCT(集成门极换向晶闸管)。
上述方面以及本发明的其他方面将从结合以下附图描述的实施例中变得显而易见，并且将参考其进行说明。
附图说明
下文将参考附图中所示的示例性实施例更详细地说明本发明的主题。
图1示出了基本的、现有技术的DC/DC双有源桥式(DAB)转换器。
图2示出了根据本发明实施例的双有源桥式DC/DC转换器的示意图。
图3示出了根据本发明另一实施例的示例性双有源桥式DC/DC转换器的示意图。
图4示出了根据本发明又一实施例的示例性双有源桥式DC/DC转换器的示意图。
原则上，图中相同的参考符号表示相同的特征或元素。
具体实施方式
图1a)示出了可被视为本发明的潜在起点的、基本的、现有技术的双有源桥式DC/DC(DAB)转换器1。DC/AC转换器12被配置为将来自连接到其输入端的DC源(优选包括DC链路电容器)的DC电压和/或电流转换为中频(即，优选在500Hz和500kHz之间的频率范围内)的AC电压和/或电流。所述AC电压和/或电流被馈入AC中间电路14，该AC中间电路14包括变压器141，尤其是中频变压器(MFT)，所述变压器包括初级侧和次级侧，并在所述侧之间提供电绝缘。此外，变压器的特点可以是耦合电感Lm和Lm'以及杂散电感Ls，其中，其一个或多个初级侧绕组通过具有电感LDAB的电感器(有时称为能量转移电感器)连接到DC/AC转换器。变压器以已知方式将其其初级侧的电压和/或电流转换为次级侧的电压和/或电流。所述次级侧电压和/或电流随后由AC/DC转换器16转换为所述AC/DC转换器16的输出端处的DC电压和/或电流。连接在变压器的次级侧和AD/DC转换器之间的可选电感器优选具有电感L’DAB，其优选地至少基本上与LDAB相等，尤其是对于1:1变压器匝数比。DC/AC转换器12尤其可以包括多个半导体开关，这些半导体开关以半桥配置(对应于图1b)中所示的配置)布置或以全桥配置(对应于图1c)中所示的配置)布置。类似地，AC/DC转换器16尤其可以包括多个半导体开关，这些半导体开关以半桥配置(对应于图1b)中所示的配置)布置，或者以全桥配置(对应于图1c)所示的配置)布置。
图2示出了根据本发明实施例的双有源桥式DC/DC转换器的示意图。转换器包括第一DC链路10、包括一对半导体开关S1和S2的DC/AC转换器112、AC中间电路114、AC/DC转换器116、以及第二DC链路18。在变压器的初级侧1001和次级侧1002二者上设置两个并联绕组，能量转移电感器LDAB和L'DAB被分割并分布在并联绕组之间，其中，每个绕组具有电感为LDAB/2或L'DAB/2的能量转移电感器，分别用于初级侧和次级侧。仅出于提供背景信息的目的，还示出了连接到第一DC链路10的电压源、连接到第二DC链路18的电阻负载(其特征是电阻值Rload)、以及铁芯的磁阻网络19(灰色)、和变压器的杂散磁通。
图3示出了根据本发明另一实施例的双有源桥式DC/DC转换器的示意图。初级线圈包括多个(即，M＝2)个并联绕组(即，并联电连接的绕组)，其中，每个绕组由变压器导线形成，并且其中，每个导线或绕组通过第二多个(即，M＝2个)电感器LDAB2中的单个电感器连接到公共节点C。转换器包括第一DC链路10、DC/AC转换器212(包括多个半导体开关S1、S2、S3、…、S6)、AC中间电路214、AC/DC转换器216、和第二DC链路18。转换器包括多个有源半桥，这些有源半桥连接到单个第一DC链路10，而它们的每个输出端经由第一多个(即，N＝3)电感器LDAB1中的单个电感器和公共节点C连接到中频变压器2141的初级线圈，所述变压器还提供用于所述变压器的初级侧和次级侧之间的电绝缘。提供公共节点C作为单个耦合点(其中，电感器LDAB1和电感器LDAB2都连接在该耦合点)允许独立优化半导体开关和变压器导线。第一多个电感器LDAB1中的所有电感器的电感可以至少基本上彼此相同，特别是对于1:1变压器匝数比。类似地，第二多个电感器LDAB2中的所有电感器的电感可以至少基本上彼此相同，尽管不一定与第一多个电感器LDAB1的电感相同。仅出于提供背景信息的目的，还示出了连接到第一DC链路10的电压源、连接到第二DC链路18的电阻负载(其特征是电阻Rload)、以及(灰色)铁芯的磁阻网络19和变压器2141的杂散磁通。
图4示出了根据本发明又一实施例的示例性双有源桥式DC/DC转换器的示意图。转换器包括第一DC链路10、DC/AC转换器312、AC中间电路314、AC/DC转换器316、和第二DC链路18。双有源桥式DC/DC转换器的DC/AC转换器312包括多个(即，N个)有源半桥，其中，N是变压器的并联的初级绕组的数目M的整数倍，反之亦然(例如，N＝M＝2)。可以看出，能量转移电感器LDAB1在其变压器侧不彼此连接，而是在不存在公共节点的情况下(如前一实施例那样)分别直接连接到变压器绕组。同样，所有能量转移电感器LDAB1的电感可以至少基本上彼此相同，尤其是对于1:1变压器匝数比。
在图2至图4所示的实施例中，能量转移电感器LDAB1和(如果存在)LDAB2代替图1a)的能量转移电感器LDAB，并共同充当中间电路114、214、和314的能量转移电感器。因此，所述能量转移电感器可被视为分体式能量转移电感器，其中所述电感器中的每一个单独的电感器充当部分能量转移电感器。
通过分体式能量转移电感器连接并联的变压器绕组可防止变压器绕组中的循环电流，否则这些循环电流会在MFT中产生巨大损耗和/或显著降低转换器的性能。
此外，如果双有源桥式DC/DC转换器包括多个(即，N>1)有源半桥，则通过每个有源半桥或桥腿的电流不再由功率模块寄生、不均匀的温度分布、和/或半导体特性(该并非所有芯片都完全相同)定义(这是因为存在部分能量转移电感器)，而是由***能量转移电感器定义(在规定范围内，该***能量转移电感器与参考电感的最大偏差有限，例如5％)。这使得电流分布均匀且稳定，无需额外的措施或努力。
在如图所示的所有实施例中，DC/DC转换器的次级侧(如图2至图4的右侧所示)可替代地与相同或任何其他实施例的初级侧类似地实施。
根据本发明的双有源桥式DC/DC转换器的有利特征是：
·不需要额外的组件。所提出的分体式能量转移电感器可保持电感器总尺寸(尤其是总/总和电感)不变。
·可以使用带有在内部连接所有并联绕组的单个输出端或次级侧端子的MFT，例如，在绕组由箔(尤其是低成本箔)制成的情况下，该MFT更容易制造同时仍然能够满足高压应用的严格绝缘要求。
·由于单个MFT可处理的最大电流增加，每个MFT的最大和/或标称电功率可能会增加。这是建立经济高效的MFT的关键。在更高功率(因此更大)的MFT中，绝缘努力(尤其是足够绝缘所需的体积)在相对意义上减少。通过更大电流提供更高功率的另一种方法是在SST中并联连接整个谐振变换器或双有源桥式变换器单元，甚至并联连接整个SST，从而获得所需数量的MFT。但这不会增加单个MFT的功率水平。
·由并联导线构成的并联变压器绕组中的循环电流由于阻断此类电流的分体式能量转移电感器而得到有效抑制——这也使得使用更常见的截面更小的丽兹线成为可能，这种利兹线更便宜并且可以使用较少的努力和资源来制造。
·允许低成本实现双有源桥式DC/DC变换器单元，只需添加更多半桥，即可使用和/或启用用于大电流应用的现成功率半导体开关。
·并联转换器桥(即，功率半导体开关)的数量(N或N’)没有理论限制。
·允许使用用于大电流应用的宽带隙半导体开关而低成本实现谐振转换器单元和双有源桥，否则由于开关速度快和芯片尺寸小(与非宽带隙半导体开关相比)，这将变得越来越困难。
·简单、可靠，无需有源电流平衡控制。
·必须处理数百安培电流的双有源桥式DC/DC转换器的一般概念；不仅适用于MV并网SST中的单元，也适用于大功率低压应用，如各种EV快速充电器拓扑所需要的。
本发明的优选实施例(尤其是如上所述的实施例)可以根据下面列出的项目，有利地结合上面详述的一个或多个特征，或者根据下面进一步提出的权利要求，在实施例中详细实现。
·一种双有源桥式DC/DC转换器，包括：
第一DC链路10，优选地包括第一DC链路电容器；
转换器桥，连接到第一DC链路；
变压器，优选中频变压器，具有初级侧和次级侧；
变压器的初级侧包括多个(即，M>1个)初级绕组，多个初级绕组中的每一个具有第一和第二端子；其特征在于：
第一多个(即，M个)能量转移电感器；其中
对于M个初级绕组中的每一个初级绕组，第一多个能量转移电感器中不同的电感器连接在所述初级绕组桥和转换器桥之间。
·一种双有源桥式DC/DC转换器，包括：
第一DC链路，优选地包括第一DC链路电容器；
DC/AC转换器，连接到第一DC链路并包括：
转换器桥，连接到第一DC链路；
AC中间电路，连接到DC/AC转换器并包括：
变压器，优选地中频变压器，具有初级侧和次级侧；
初级侧包括多个(即，M>1个)初级绕组；
第一多个(即，M个)能量转移电感器；其中
对于每个初级绕组，第一多个能量转移电感器中不同的电感器连接在所述初级绕组桥和转换器桥之间；
AC/DC转换器，连接到AC中间电路的次级侧，
第二DC链路，优选地包括第二DC链路电容器，连接到AC/DC转换器的输出端。
·根据前述实施例的双有源桥式DC/DC转换器，其中：
所述双有源桥式DC/DC转换器包括：第一多个(即，N>1个)转换器桥(尤其是总共N>1个转换器桥)，并联连接到第一DC链路；并且
转换器还包括第二多个(即，N个)能量转移电感器，其中
第二多个(即，N个)能量转移电感器中的每一个连接在转换器桥之一和公共节点(C)之间；
第一多个(即，M个)能量转移电感器中的每一个连接在公共节点和多个初级绕组中不同的初级绕组的第一端子之间。
·根据前述任何实施例的双有源桥式DC/DC转换器，其中，每个转换器桥是逆变器半桥，包括第一输入端子、第二输入端子、以及逆变器桥输出端(所述逆变器桥输出端可选地可以通过多个半导体开关导电连接到第一或第二输入端子)，其中，对于每个逆变器半桥，第一多个能量转移电感器中不同的能量转移电感器与逆变器桥输出端串联连接。
·根据前述任一实施例的双有源桥式DC/DC转换器，具有：
多个(即，O个)公共节点，尤其是总共O个公共节点，其中，O<N且O<M；其中
第一多个(即，N个)能量转移电感器中的每一个连接在转换器桥之一和公共节点之一之间；
第二多个(即，M个)能量转移电感器中的每一个连接在公共节点之一和多个初级绕组中不同的初级绕组的第一端子之间。
·根据前述任一实施例的双有源桥式DC/DC转换器，其中M≠N，优选M<N。
·根据在第一项和第二项下列出的实施例的双有源桥式DC/DC转换器，其中，转换器包括第一多个(即，M>1)转换器桥，其中，转换器桥和初级绕组通过第一多个能量转移电感器中不同的能量转移电感器成对连接，该第一多个能量转移电感器中不同的能量转移电感器连接在包括转换器桥之一和初级绕组之一的每个连接对之间。
·根据前述任一实施例的双有源桥式DC/DC转换器，其中：
每个转换器桥是逆变器半桥，其包括第一输入端子、第二输入端子、和逆变器桥输出端(所述逆变器桥输出端可选地可通过多个半导体开关导电连接至第一或第二输入端子)，
每个能量转移电感器具有第一端子和第二端子，并且其中
对于每个逆变器半桥，多个能量转移电感器中的每个相应的能量转移电感器的第一端子连接到相应的逆变器桥输出端，并且
第一多个(即，M个)能量转移电感器中的能量转移电感器中的每一个的第二端子连接到不同的初级绕组。
·根据前述任一实施例的双有源桥式DC/DC转换器，其中，
每个转换器桥是逆变器半桥，其包括第一输入端子、第二输入端子、和逆变器桥输出端(所述逆变器桥输出端可选地可通过多个半导体开关导电连接至第一或第二输入端子)，
每个能量转移电感器具有第一端子和第二端子，并且其中
对于每个逆变器半桥，多个能量转移电感器中相应的能量转移电感器中的每一个能量转移电感器的第一端子连接到相应的逆变器桥输出端，并且
第二多个(即，N个)能量转移电感器中的所有能量转移电感器的第二端子在公共节点处连接在一起。
·根据前述任何实施例的双有源桥式DC/DC转换器，其中，多个初级绕组中的所有初级绕组的第二端子连接在一起。
·根据前述任何实施例的双有源桥式DC/DC转换器，其中：
第一DC链路具有正极端子和负极端子，
所有逆变器半桥的第一输入端子连接到正极端子，并且
所有逆变器半桥的第二输入端子连接至负极端子。
·根据上述任一实施例的双有源桥式DC/DC转换器，其中，第一DC链路还具有中性端子，并且多个初级绕组中的所有初级绕组的第二端子连接到中性端子。
·根据前述任一实施例的双有源桥式DC/DC转换器，还包括：
第二DC链路，优选地包括第二DC链路电容器。
·根据前述任一实施例的双有源桥式DC/DC转换器，还包括：
第二转换器桥，连接到第二DC链路；
变压器的次级侧，包括多个(即，M'>1个)次级绕组，该多个次级绕组中的每一个具有第一和第二端子；
第三多个(即，M’个)能量转移电感器；并且其中
对于M’个次级绕组中的每一个次级绕组，第三多个能量转移电感器中不同的能量转移电感器连接在所述次级绕组桥和第二转换器桥之间。
·根据前述任一实施例的双有源桥式DC/DC转换器，具有：
第二多个(即，N'>1个)转换器桥，尤其是总共N'>1个转换器桥，并联连接到第二DC链路；其中
转换器还包括第四多个(即，N’个)能量转移电感器，其中
对于第二多个(即，N'>1个)转换器桥中的每个转换器桥，第四多个能量转移电感器中不同的电感器连接在所述转换器桥和多个次级绕组之间。
·根据前述任一实施例的双有源桥式DC/DC转换器，具有：
第二多个(即，N'>1个)转换器桥，并联连接到第二DC链路；
转换器还包括第四多个(即，N’个)能量转移感应器，其中
第四多个(即，N’个)能量转移感应器中的每一个连接在转换器桥之一和另一公共节点(C)之间；
第三多个(即，M’个)能量转移电感器中的每一个连接在该另一公共节点和多个次级绕组中不同的次级绕组的第一端子之间。
·根据前述任一实施例的双有源桥式DC/DC转换器，其中：
第一多个(即，N>1个)转换器桥中的每一个都是逆变桥；
变压器的次级侧包括至少一个次级绕组；转换器还包括：
第二多个(即，N’>1个)整流桥，并联连接到第二DC链路；
第四多个(即，N’个)能量转移电感器，其中
对于每个整流桥，第四多个能量转移电感器中不同的转移能量电感器连接在所述整流桥和多个次级绕组之间。
·根据前述任一实施例的双有源桥式DC/DC转换器，其中，第一多个(即，N>1个)转换器桥中的转换器桥是有源桥，优选地被配置为以至少基本同步的方式操作，并且如果存在，第二多个转换器桥中的转换器桥也是有源电桥，优选地被配置为以至少基本同步的方式操作。
除非另有规定，否则连接(尤其是在包括尤其节点、点、端子、元件、设备等、或其组合在内的任何两个实体之间的连接)是指导电连接，尤其是由电线、电缆、母线、导电轨、例如(印刷)电路板、焊料等上的迹线或线路。导电连接优选的是至少基本直接，尤其是没有任何分立元件，尤其是如电阻器、电容器、电感器、或连接在连接实体之间的其他无源或有源元件或器件。因此，导电连接具有至少基本上可忽略的电阻、电容、和电感，优选至少基本上为零的电阻、电容、和电感。特别地，导电连接的电阻、电容、和电感本质上是完全寄生的。此外，导电连接的电阻、电容、和电感分别比通过导电连接连接和/或由包含导电连接的电路或网络组成的电阻器、电容器、或电感器的电阻、电容和阻抗小得多(优选小1/100、1/1000或1/10000的系数)。
除非另有规定，否则电气连接或电连接与上述定义的连接相同。
除非另有规定，如果两个实体(尤其包括节点、点、端子、元件、器件等、或其组合)被称为连接、电连接、或(电气)连接在一起，则这两个实体之间存在上述定义的连接。
除非另有规定，如果第一和第二实体(尤其包括第一和第二节点、点、端子、元件、器件等、或其组合)被称为通过第三实体(尤其包括第三节点、点、端子、元件、器件，或介于两者之间(中)的第三实体)连接，如上所述的连接存在于第一和第三实体之间以及第三和第二实体之间。然而，没有如上所述的连接存在于第一和第二实体之间(至少基本不存在基本上直接的连接)。如果明确规定，则第三元件也可以是连接件，尤其是导体、电线、电缆、母线等。在这种情况下，可以认为除规定的连接件外，不存在上述任何连接件。
除非另有说明，假设在本专利申请中，陈述a≈b意味着|a-b|/(|a+|b|)<10，优选是|a-b|/(|a|+|b|)<100，其中，a和b可以表示本专利申请中任何地方描述和/或定义的任意变量或者如本领域技术人员以其他方式已知的任意变量。此外，声明a至少近似等于或至少近似等同于b，这意味着a≈b，优选a＝b。此外，除非另有说明，假设在本专利申请中，声明a>>b意味着a>10b，优选a>100b；并且说明a<<b意味着10a<b，优选100a<b。
除非另有说明，否则在本专利申请中，使用N、M、O、N'、M'、O'表示整数。
阐述本发明的方面和实施例的本描述和附图不应被视为限制限定受保护发明的权利要求。换言之，尽管已在附图和前述描述中详细说明和描述了本发明，但此类说明和描述应被视为说明性或示范性的，而非限制性的。在不偏离本说明书和权利要求书的精神和范围的情况下，可以做出各种机械、组成、结构、电气、和操作变更。在一些实例中，为了不模糊本发明，没有详细示出公知的电路、结构、和技术。因此，应当理解，在以下权利要求的范围内，普通技术人员可以做出更改和修改。具体而言，本发明涵盖了具有来自不同和/或单独实施例的特征的任何组合的进一步实施例，如上文和下文所述。根据本发明的实施例尤其可包括未在附图中示出或上文所述的进一步和/或附加特征、元件、方面等。
本发明还单独涵盖了附图中所示的所有其他特征，尽管上述或以下描述中可能未对其进行描述。此外，图中描述的实施例的各个备选方案及其特征的描述和各个备选方案可以从本发明的主题或公开的主题中放弃。本发明包括由权利要求或示例性实施例中定义的特征组成的主题，以及包括所述特征的主题。
此外，在权利要求中，“包含”一词不排除进一步或额外的特征、元素、步骤等，而不定冠词“一”或“一个”不排除复数。单个单元或步骤可以实现权利要求中列举的若干特征的功能。某些措施在相互不同的从属权利要求中陈述的事实并不表明这些措施的组合不能用于有利的方面。与属性、特性、或价值有关的术语“基本上”、“大约”、“大概”等也具体地分别准确地包括所述的属性、特性、或价值。在给定数值或范围的上下文中，术语“大约”或“大概”指的是一个数值或范围，例如，在给定数值或范围的20％以内、10％以内、5％以内、或2％以内，并且尤其包括所述的确切数值或范围。被描述为耦合或连接的组件可以是电气或机械直接耦合的，或者它们可以通过一个或多个中间组件间接耦合。权利要求书中的任何参考标志均不得解释为限制范围。

Claims (17)

1.一种双有源桥式DC/DC转换器，包括：
a)第一DC链路(10)；
b)转换器桥，所述转换器桥连接到所述第一DC链路(10)；
c)变压器(2141)，所述变压器具有初级侧和次级侧；
d)所述变压器(2141)的初级侧包括多个、即M>1个初级绕组，所述多个初级绕组中的每一个初级绕组具有第一端子和第二端子；其特征在于：
e)第一多个、即M个能量转移电感器(LDAB1)连接在公共节点(C)处；其中
f)对于所述M个初级绕组中的每一个初级绕组，所述第一多个能量转移电感器(LDAB1)中不同的能量转移电感器连接在所述初级绕组和所述转换器桥之间。
2.根据权利要求1所述的双有源桥式DC/DC转换器，其中：
a)所述双有源桥式DC/DC转换器包括第一多个、即N>1个转换器桥、尤其是总共N>1个转换器桥，其与所述第一DC链路并联连接；并且
b)所述转换器还包括第二多个、即N个能量转移电感器；其中：
c)所述第二多个、即N个能量转移电感器中的每一个能量转移电感器连接在所述转换器桥中的一个转换器桥和所述公共节点(C)之间；
d)所述第一多个、即M个能量转移电感器中的每一个能量转移电感器连接在所述公共节点和所述多个初级绕组中不同的初级绕组的第一端子之间。
3.根据前述权利要求中任一项所述的双有源桥式DC/DC转换器，其中，所述转换器桥中的每一个转换器桥是逆变器半桥，所述逆变器半桥包括第一输入端子、第二输入端子、以及逆变器桥输出端(所述逆变器桥输出端可选地能够通过多个半导体开关导电连接到所述第一输入端子或所述第二输入端子)，其中，对于每个逆变器半桥，所述第一多个能量转移电感器中不同的能量转移电感器与所述逆变器桥输出端串联连接。
4.根据权利要求2或3所述的双有源桥式DC/DC转换器，还包括：
a)多个、即O个公共节点，其中O<N且O<M，并且其中
b)所述第一多个、即N个能量转移电感器中的每一个能量转移电感器连接在所述转换器桥中的一个转换器桥和所述公共节点中的一个公共节点之间；
c)所述第二多个、即M个能量转移电感器中的每一个能量转移电感器连接在所述公共节点中的一个公共节点和所述多个初级绕组中不同的初级绕组的第一端子之间。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的双有源桥式DC/DC转换器，其中，M≠N，优选地M<N。
6.根据权利要求1所述的双有源桥式DC/DC转换器，其中，所述转换器包括第一多个、即M>1个转换器桥，其中，所述转换器桥和所述初级绕组通过所述第一多个能量转移电感器中不同的能量转移电感器成对连接，所述第一多个能量转移电感器中不同的能量转移电感器连接在包括所述转换器桥中的一个转换器桥和所述初级绕组中的一个初级绕组的每个连接对之间。
7.根据权利要求2至5中任一项所述的双有源桥式DC/DC转换器，其中：
a)所述转换器桥中的每一个转换器桥是逆变器半桥，所述逆变器半桥包括第一输入端子、第二输入端子、和逆变器桥输出端(所述逆变器桥输出端可选地能够通过多个半导体开关导电连接到所述第一输入端子或所述第二输入端子)；
b)每个能量转移电感器具有第一端子和第二端子；并且其中
c)对于每个逆变器半桥，所述多个能量转移电感器中相应的能量转移电感器中的每一个能量转移电感器的第一端子连接到相应的逆变器桥输出端；以及
d)所述第二多个、即N个能量转移电感器中的所有能量转移电感器的第二端子在所述公共节点处连接在一起。
8.根据前述权利要求中任一项所述的双有源桥式DC/DC转换器，其中：
a)所述转换器桥中的每一个转换器桥是逆变器半桥，所述逆变器半桥包括第一输入端子、第二输入端子、以及逆变器桥输出端(所述逆变器桥输出端可选地能够通过多个半导体开关导电连接到所述第一输入端子或所述第二输入端子)；
b)每个能量转移电感器具有第一端子和第二端子，并且其中：
c)对于每个逆变器半桥，所述多个能量转移电感器中相应的能量转移电感器中的每一个能量转移电感器的第一端子连接到相应的逆变器桥输出端；并且
d)所述第一多个、即M个能量转移电感器中的能量转移电感器中的每一个能量转移电感器的第二端子连接到不同的初级绕组。
9.根据前述权利要求中任一项所述的双有源桥式DC/DC转换器，其中，所述多个初级绕组中的所有初级绕组的第二端子连接在一起。
10.根据前述权利要求中任一项所述的双有源桥式DC/DC转换器，其中：
a)所述第一DC链路具有正极端子和负极端子；
b)所有逆变器半桥的第一输入端子连接到所述正极端子；并且
c)所有逆变器半桥的第二输入端子连接至所述负极端子。
11.根据前述权利要求中任一项所述的双有源桥式DC/DC转换器，其中，所述第一DC链路还具有中性端子，并且所述多个初级绕组中的所有初级绕组的第二端子连接到所述中性端子。
12.根据前述权利要求中任一项所述的双有源桥式DC/DC转换器，还包括：
a)第二DC链路，所述第二DC链路优选地包括第二DC链路电容器。
13.根据权利要求12所述的双有源桥式DC/DC转换器，还包括：
a)第二转换器桥，所述第二转换器桥连接到所述第二DC链路；
b)所述变压器的次级侧，所述次级侧包括多个、即M'>1个次级绕组，所述多个次级绕组中的每一个次级绕组具有第一端子和第二端子；
c)第三多个、即M’个能量转移电感器；并且其中
d)对于所述M’个次级绕组中的每一个次级绕组，所述第三多个能量转移电感器中不同的能量转移电感器连接在所述次级绕组桥和所述第二转换器桥之间。
14.根据前述权利要求中任一项所述的双有源桥式DC/DC转换器，具有：
a)第二多个、即N’>1个转换器桥，其与所述第二DC链路并联连接；
b)所述转换器还包括第四多个、即N’个能量转移电感器；其中
c)所述第四多个、即N’个能量转移电感器中的每一个能量转移电感器连接在所述转换器桥中的一个转换器桥和另一公共节点(C’)之间；
d)所述第三多个、即M’个能量转移电感器中的每一个能量转移电感器连接在所述另一公共节点和所述多个初级绕组中不同的初级绕组的第一端子之间。
15.根据权利要求2至5或7至14中任一项所述的双有源桥式DC/DC转换器，其中，所述第一多个、即N>1个转换器桥中的转换器桥是有源桥，所述有源桥优选地被配置为以至少基本同步的方式操作，并且如果存在，所述第二多个转换器桥中的转换器桥也是有源桥，所述有源桥优选地被配置为以至少基本同步的方式操作。
16.根据前述权利要求中任一项所述的双有源桥式DC/DC转换器，其中，第一DC链路(10)包括第一DC链路电容器。
17.根据前述权利要求中任一项所述的双有源桥式DC/DC转换器，其中，所述变压器为中频变压器。
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