CN112908654B - 一种分布式变压器及其应用电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种分布式变压器及其应用电路，涉及变压器技术领域，该分布式变压器包括原边多个端口、副边2个端口、n个变压器、n个环流抑制支路、n+1个电流流入支路和n+1个电流流出支路。第1变压器至第n变压器的原边以并联或仅其中一端互连的形式相连，副边以串联的形式相连。当第1变压器至第n变压器不一致时，环流抑制支路会防止原边出现循环电流，电流流出支路和电流流出支路会平衡副边节点处的电流。该分布式变压器具有制造难度低的特点，可替代集中式变压器。
Description
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种分布式变压器及其应用电路。
背景技术
集中式变压器主要由磁芯和绕组构成，结构简单，应用广泛。但是，在某些高频、原边大电流、副边高电压的特殊应用场合，集中式变压器即要克服寄生电感和寄生电容的影响又要满足绝缘耐压和散热的要求，导致其制造难度大。发展分布式变压器，在特殊应用场合使用分布式变压器代替集中式变压器，可克服现有集中式变压器制造难度大的缺陷。
针对某些高频、原边大电流、副边高电压的特殊应用场合，现有技术中的集中式变压器制造难度大，结构复杂，需要改进。
发明内容
本发明提出的一种分布式变压器，包括原边2n个端口、副边2个端口、n个变压器、n个环流抑制支路、n+1个电流流入支路和n+1个电流流出支路，n为大于1的整数，第j变压器原边的一端与第j变压器副边的一端为同名端，j的取值范围为1至n-1，第n变压器原边的一端与第n变压器副边的一端为同名端，所述第j变压器原边的另一端与第j环流抑制支路的一端相连，第n变压器原边的另一端与第n环流抑制支路的一端相连，所述分布式变压器原边的第2j-1端口与第j变压器原边的一端相连，所述分布式变压器原边的第2j端口与第j环流抑制支路的另一端相连，所述分布式变压器原边的第2n-1端口与第n变压器原边的一端相连，所述分布式变压器原边的第2n端口与第n环流抑制支路的另一端相连，第j变压器副边的另一端与第j+1变压器副边的一端相连，第j变压器副边的一端同时与第j电流流入支路的电流输出端以及第j电流流出支路的电流输入端相连，第j变压器副边的另一端同时与第j+1电流流入支路的电流输出端以及第j+1电流流出支路的电流输入端相连，第n变压器副边的一端同时与第n电流流入支路的电流输出端以及第n电流流出支路的电流输入端相连，第n变压器副边的另一端同时与第n+1电流流入支路的电流输出端以及第n+1电流流出支路的电流输入端相连，第1电流流入支路至第n+1电流流入支路的电流输入端同时与所述分布式变压器副边的第1端口相连，第1电流流出支路至第n+1电流流出支路的电流输出端同时与所述分布式变压器副边的第2端口相连，所述分布式变压器原边的第1端口至第2n端口之间存在直接的连接关系。
第1环流抑制支路至第n环流抑制支路用于防止第1变压器至第n变压器各原边之间出现循环电流，确保所述分布式变压器的电能转换效率不降低。
第1电流流入支路至第n+1电流流入支路和第1电流流出支路至第n+1电流流出支路均具有单向导电性。
进一步，所述分布式变压器原边的第1端口至第2n端口之间存在的直接连接关系，包括：所述分布式变压器原边的第2j-1端口与第2n-1端口相连，所述分布式变压器原边的第2j端口与第2n端口相连；或者，所述分布式变压器原边的第2j-1端口与第2n-1端口相连，但所述分布式变压器原边的其他端口均不互连；又或者，所述分布式变压器原边的第2j端口与第2n端口相连，但所述分布式变压器原边的其他端口均不互连。
更进一步，所述第1环流抑制支路至第n环流抑制支路之一包括二极管，或者二极管和电阻的并联组合。
再进一步，所述第1电流流入支路至第n+1电流流入支路之一包括二极管，或者二极管和电阻的串联组合，或者二极管和电感的串联组合；所述第1电流流出支路至第n+1电流流出支路之一包括二极管，或者二极管和电阻的串联组合，或者二极管和电感的串联组合。
本发明提出的第一种分布式变压器的应用电路，包括所述分布式变压器、1个缓冲支路、1个开关器件和电容，所述分布式变压器原边的第2j-1端口与第2n-1端口相连，所述分布式变压器原边的第2j端口与第2n端口相连，j的取值范围为1至n-1，所述分布式变压器原边的第1端口同时与第1直流电压源的正端以及第1缓冲电路的一端相连，所述分布式变压器原边的第2n端口同时与第1缓冲电路的另一端以及第1开关器件的一端相连，第1开关器件的另一端与第1直流电压源的负端相连，所述分布式变压器副边的第1端口同时与电容的一端以及负载的一端相连，所述分布式变压器副边的第2端口同时与电容的另一端以及负载的另一端相连。
所述第1缓冲支路的作用是抑制因变压器漏感产生的过电压，保护第1开关器件。
在一个实施例中，第1电流流入支路至第n电流流入支路之一包括二极管，第n+1电流流入支路包括二极管和电阻的串联组合，第1电流流出支路包括二极管和电阻的串联组合，第2电流流出支路至第n+1电流流出支路之一包括二极管。
在一个实施例中，第1电流流入支路至第n电流流入支路之一包括二极管，第n+1电流流入支路包括二极管和电感的串联组合，第1电流流出支路包括二极管和电感的串联组合，第2电流流出支路至第n+1电流流出支路之一包括二极管。
上述2实施例中，第1电流流入支路至第n电流流入支路和第2电流流出支路至第n+1电流流出支路中的二极管除了具有单向导电功能外，还具有电压钳位功能。
本发明提出的第二种分布式变压器的应用电路，包括所述分布式变压器、n个缓冲支路、n个开关器件和电容，所述分布式变压器原边的第2j-1端口与第2n-1端口相连，j的取值范围为1至n-1，所述分布式变压器原边的第1端口同时与第1直流电压源的正端以及第1缓冲支路至第n缓冲支路的一端相连，所述分布式变压器的第2j端口同时与第j缓冲支路的另一端以及第j开关器件的一端相连，第j开关器件的另一端与第1直流电压源的负端相连，所述分布式变压器的第2n端口同时与第n缓冲支路的另一端以及第n开关器件的一端相连，第n开关器件的另一端与第1直流电压源的负端相连，所述分布式变压器副边的第1端口同时与电容的一端以及负载的一端相连，所述分布式变压器副边的第2端口同时与电容的另一端以及负载的另一端相连。
所述缓冲支路的作用是抑制因变压器漏感产生的过电压，保护开关器件。
在一个实施例中，第1电流流入支路至第n电流流入支路之一包括二极管，第n+1电流流入支路包括二极管和电阻的串联组合，第1电流流出支路包括二极管和电阻的串联组合，第2电流流出支路至第n+1电流流出支路之一包括二极管。
在一个实施例中，第1电流流入支路至第n电流流入支路之一包括二极管，第n+1电流流入支路包括二极管和电感的串联组合，第1电流流出支路包括二极管和电感的串联组合，第2电流流出支路至第n+1电流流出支路之一包括二极管。
上述2实施例中，第1电流流入支路至第n电流流入支路和第2电流流出支路至第n+1电流流出支路中的二极管除了具有单向导电功能外，还具有电压钳位功能。
本发明提出的第三种分布式变压器的应用电路，包括所述分布式变压器、n个缓冲支路、1个开关器件和电容，所述分布式变压器原边的第2j端口与第2n端口相连，j的取值范围为1至n-1，所述分布式变压器原边的第2j-1端口同时与第j直流电压源的正端以及第j缓冲支路的一端相连，所述分布式变压器原边的第2n-1端口同时与第n直流电压源的正端以及第n缓冲支路的一端相连，所述分布式变压器的第2n端口同时与第1缓冲支路至第n缓冲支路的另一端以及第1开关器件的一端相连，第1开关器件的另一端与第1直流电压源至第n直流电压源的负端相连，所述分布式变压器副边的第1端口同时与电容的一端以及负载的一端相连，所述分布式变压器副边的第2端口同时与电容的另一端以及负载的另一端相连。
在一个实施例中，第1电流流入支路至第n电流流入支路之一包括二极管，第n+1电流流入支路包括二极管和电阻的串联组合，第1电流流出支路包括二极管和电阻的串联组合，第2电流流出支路至第n+1电流流出支路之一包括二极管。
在一个实施例中，第1电流流入支路至第n电流流入支路之一包括二极管，第n+1电流流入支路包括二极管和电感的串联组合，第1电流流出支路包括二极管和电感的串联组合，第2电流流出支路至第n+1电流流出支路之一包括二极管。
上述2实施例中，第1电流流入支路至第n电流流入支路和第2电流流出支路至第n+1电流流出支路中的二极管除了具有单向导电功能外，还具有电压钳位功能。
本发明的有益效果主要表现在：
以分布的方式，采用多个独立“小”变压器构成1个集中“大”变压器。为解决多个“小”变压器各原边之间可能存在的环流问题，引入若干环流抑制支路；为解决多个“小”变压器各副边之间可能存在的电流不一致问题，引入若干具有单向导电性的电流流入支路和电流流出支路。由多个独立“小”变压器、若干环流抑制支路、若干具有单向导电性的电流流入支路和电流流出支路共同构成的分布式变压器，具有制造难度低的特点。此外，该分布式变压器原边的多个端口具有多种连接方式，适应性好，应用电路种类多。
附图说明
图1是本发明提出的第1种连接方式的分布式变压器的电路图；
图2是本发明提出的第2种连接方式的分布式变压器的电路图；
图3是本发明提出的第3种连接方式的分布式变压器的电路图；
图4是本发明提出的第1种环流抑制支路的电路图(1≤k≤n)；
图5是本发明提出的第2种环流抑制支路的电路图(1≤k≤n)；
图6是本发明提出的第1种电流流入支路的电路图(1≤k≤n+1)；
图7是本发明提出的第2种电流流入支路的电路图(1≤k≤n+1)；
图8是本发明提出的第3种电流流入支路的电路图(1≤k≤n+1)；
图9是本发明提出的第1种电流流出支路的电路图(1≤k≤n+1)；
图10是本发明提出的第2种电流流出支路的电路图(1≤k≤n+1)；
图11是本发明提出的第3种电流流出支路的电路图(1≤k≤n+1)；
图12是本发明提出的第1种分布式变压器应用电路的电路图；
图13是本发明提出的第1种分布式变压器应用电路的稳态仿真波形图(n＝2，is1≥is2)；
图14是本发明提出的第1种分布式变压器应用电路的稳态仿真波形图(n＝2，is2≥is1)；
图15是本发明提出的第2种分布式变压器应用电路的电路图；
图16是本发明提出的第2种分布式变压器应用电路的稳态仿真波形图(n＝2)；
图17是本发明提出的第3种分布式变压器应用电路的电路图；
图18是本发明提出的第3种分布式变压器应用电路的稳态仿真波形图(n＝2，is1≥is2)；
图19是本发明提出的第3种分布式变压器应用电路的仿真波形图(n＝2，is2≥is1)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了便于对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，本领域普通技术人员可以理解，这些特定细节并非为实施本发明所必需。此外，在一些实施例中，为了避免混淆本发明，未对公知的电路、材料或方法做具体描述。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图均是为了说明的目的，其中相同的附图标记指示相同的元件。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件，或者可以存在中间元件。
实施例1
参考图1至图3，一种分布式变压器包括原边2n个端口、副边2个端口、n个变压器、n个环流抑制支路、n+1个电流流入支路和n+1个电流流出支路，n为大于1的整数，第j变压器原边的一端与第j变压器副边的一端为同名端，j的取值范围为1至n-1，第n变压器原边的一端与第n变压器副边的一端为同名端，所述第j变压器原边的另一端与第j环流抑制支路的一端相连，第n变压器原边的另一端与第n环流抑制支路的一端相连，所述分布式变压器原边的第2j-1端口与第j变压器原边的一端相连，所述分布式变压器原边的第2j端口与第j环流抑制支路的另一端相连，所述分布式变压器原边的第2n-1端口与第n变压器原边的一端相连，所述分布式变压器原边的第2n端口与第n环流抑制支路的另一端相连，第j变压器副边的另一端与第j+1变压器副边的一端相连，第j变压器副边的一端同时与第j电流流入支路的电流输出端以及第j电流流出支路的电流输入端相连，第j变压器副边的另一端同时与第j+1电流流入支路的电流输出端以及第j+1电流流出支路的电流输入端相连，第n变压器副边的一端同时与第n电流流入支路的电流输出端以及第n电流流出支路的电流输入端相连，第n变压器副边的另一端同时与第n+1电流流入支路的电流输出端以及第n+1电流流出支路的电流输入端相连，第1电流流入支路至第n+1电流流入支路的电流输入端同时与所述分布式变压器副边的第1端口相连，第1电流流出支路至第n+1电流流出支路的电流输出端同时与所述分布式变压器副边的第2端口相连，所述分布式变压器原边的第1端口至第2n端口之间存在直接的连接关系。
所述分布式变压器原边的第1端口至第2n端口之间存在的直接连接关系至少有3种。参考图1，所述分布式变压器原边的第1端口至第2n端口之间存在的第1种直接连接关系是：所述分布式变压器原边的第2j-1端口与第2n-1端口相连，所述分布式变压器原边的第2j端口与第2n端口相连。参考图2，所述分布式变压器原边的第1端口至第2n端口之间存在的第2种直接连接关系是：所述分布式变压器原边的第2j-1端口与第2n-1端口相连，但所述分布式变压器原边的其他端口均不互连。参考图3，所述分布式变压器原边的第1端口至第2n端口之间存在的第3种直接连接关系是：所述分布式变压器原边的第2j端口与第2n端口相连，但所述分布式变压器原边的其他端口均不互连。
第1环流抑制支路至第n环流抑制支路用于防止第1变压器至第n变压器各原边之间出现循环电流，确保所述分布式变压器的电能转换效率不降低。所述环流支路至少有2种。参考图4，第k环流抑制支路包括二极管Dgk，二极管Dgk的阳极与第k环流抑制支路的一端相连，二极管Dgk的阴极与第k环流抑制支路的另一端相连。参考图5，第k环流抑制支路包括二极管Dhk和电阻Rhk的并联组合，二极管Dhk的阳极同时与电阻Rhk的一端以及第k环流抑制支路的一端相连，二极管Dhk的阴极同时与电阻Rhk的另一端以及第k环流抑制支路的另一端相连。k的取值范围为1至n。
图4中的二极管令环流抑制支路具有单向导电性。图5中的电阻令环流抑制支路具有反向泄放电荷的能力。
第1电流流入支路至第n+1电流流入支路和第1电流流出支路至第n+1电流流出支路均具有单向导电性。所述电流流入支路至少有3种。所述电流流出支路也至少有3种。参考图6，第k电流流入支路包括二极管Dak，二极管Dak的阳极与第k电流流入支路的电流输入端相连，二极管Dak的阴极与第k电流流入支路的电流输出端相连。参考图7，第k电流流入支路包括二极管Dbk和电阻Rbk的串联组合，二极管Dbk的阳极与电阻Rbk的一端相连，电阻Rbk的另一端与第k电流流入支路的电流输入端相连，二极管Dbk的阴极与第k电流流入支路的电流输出端相连。参考图8，第k电流流入支路包括二极管Dck和电感Lck的串联组合，二极管Dck的阳极与电感Lck的一端相连，电感Lck的另一端与第k电流流入支路的电流输入端相连，二极管Dck的阴极与第k电流流入支路的电流输出端相连。参考图9，第k电流流出支路包括二极管Ddk，二极管Ddk的阳极与第k电流流出支路的电流输入端相连，二极管Ddk的阴极与第k电流流出支路的电流输出端相连。参考图10，第k电流流出支路包括二极管Dek和电阻Rek的串联组合，二极管Dek的阳极与第k电流流出支路的电流输入端相连，二极管Dek的阴极与电阻Rek的一端相连，电阻Rek的另一端与第k电流流出支路的电流输出端相连。参考图11，第k电流流出支路包括二极管Dfk和电感Lfk的串联组合，二极管Dfk的阳极与第k电流流出支路的电流输入端相连，二极管Dfk的阴极与电感Lfk的一端相连，电感Lfk的另一端与第k电流流出支路的电流输出端相连。k的取值范围为1至n+1。
图6至图11中的二极管令电流流入支路和电流流出支路具有单向导电性。图7和图10中的电阻以及图8和图11中的电感令电流流入支路和电流流出支路具有限流功能。
其工作原理如下：
实施例1中的第1变压器Tr1至第n变压器Trn的原边或并联或仅一部分直接相连，而副边则以串联的形式相连，适合原边大电流、副边高电压的应用场合。相同制造工艺下，该副边的串联结构可提高实施例1的整体耐压能力并且减小寄生电容，适合高频的应用场合。
因第1变压器Tr1至第n变压器Trn存在不一致性，各原边不能直接或通过开关器件等间接地并联，但串入环流抑制支路后，因并联及不一致引起的环流问题可得以解决。
单向导电的电流流入支路和电流流出支路使得分布式变压器的输出端呈单极性。即所述分布式变压器副边的第2端口为正，所述分布式变压器副边的第1端口为负。
参考图1至图3，假设流入第1变压器Tr1至第n变压器Trn副边一端的电流分别为is1至isn。当is1<0时，第1电流流出支路导通；当is1>0时，第1电流流入支路导通。当isn<0时，第n+1电流流入支路导通；当isn>0时，第n+1电流流出支路导通。
进一步，当Tr1至Trn存在不一致时，is1至isn则不完全相同。以相邻的变压器Trj和Trj+1为例，若isj>isj+1，则第j+1电流流出支路导通，电流isj-isj+1从导通的第j+1电流流出支路流出，实现节点处的电流平衡；若isj<isj+1，则第j+1电流流入支路导通，电流isj+1-isj从导通的第j+1电流流入支路流入，实现节点处的电流平衡。
实施例2
参考图12，一种分布式变压器的应用电路，包括实施例1所述的分布式变压器、1个缓冲支路、1个开关器件和电容，取所述分布式变压器原边的第2j-1端口与第2n-1端口相连，所述分布式变压器原边的第2j端口与第2n端口相连，j的取值范围为1至n-1，所述分布式变压器原边的第1端口同时与第1直流电压源的正端以及第1缓冲电路的一端相连，所述分布式变压器原边的第2n端口同时与第1缓冲电路的另一端以及第1开关器件的一端相连，第1开关器件的另一端与第1直流电压源的负端相连，所述分布式变压器副边的第1端口同时与电容的一端以及负载的一端相连，所述分布式变压器副边的第2端口同时与电容的另一端以及负载的另一端相连。
第1电流流入支路至第n电流流入支路之一包括二极管，第n+1电流流入支路包括二极管和电阻的串联组合，第1电流流出支路包括二极管和电阻的串联组合，第2电流流出支路至第n+1电流流出支路之一包括二极管。
或者，第1电流流入支路至第n电流流入支路之一包括二极管，第n+1电流流入支路包括二极管和电感的串联组合，第1电流流出支路包括二极管和电感的串联组合，第2电流流出支路至第n+1电流流出支路之一包括二极管。
第1电流流入支路至第n电流流入支路和第2电流流出支路至第n+1电流流出支路中的二极管除了具有单向导电功能外，还具有电压钳位功能。
所述第1缓冲支路包括电阻、二极管和电容的组合，或者二极管和瞬态二极管(TVS)的组合，或者压敏电阻。第1缓冲支路的作用是防止因变压器漏感造成的过电压，保护第1开关器件。
所述开关器件包括半导体可控器件，如：BJT管、MOS管、IGBT管等。
以n＝2为例，阐述其工作原理。参考图12，取第1电流流入支路至第2电流流入支路分别包括二极管Da1至Da2，第3电流流入支路包括二极管Dc3和电感Lc3的串联组合，第1电流流出支路包括二极管Df1和电感Lf1的串联组合，第2电流流出支路至第3电流流出支路分别包括二极管Dd2至Dd3。假设Tr1和Tr2的匝比分别是N1和N2，Tr1和Tr2的原边励磁电感分别为Lmp1和Lmp2，Tr1和Tr2的副边励磁电感分别为Lms1和Lms2，第1直流电压源电压为Vi1，流入Tr1和Tr2原边一端的电流分别为ip1和ip2，流入变压器Tr1和Tr2副边一端的电流分别为is1和is2，流过电感Lf1和Lc3的电流分别为iLf1和iLc3。
当输出电压Vo不足够高时，将不满足第1电流流出支路和第3电流流入支路长时间截止的要求，实施例2的工作状态类似于一种正反激的状态。
当第1开关器件导通时，Tr1和Tr2的原边励磁电感Lmp1和Lmp2充磁，电流ip1和ip2增加，第1电流流出支路和第3电流流入支路均导通，第1电流流入支路和第3电流流出支路均截止，电感Lf1和Lc3充磁，电流iLf1和iLc3均增加，为电容和负载提供电能，第2电流流入支路和第2电流流出支路的导通/截止状态具体视电流is1和is2的大小而定。若is2<is1<0，第2电流流出支路导通，第2电流流入支路截止。若is1<is2<0，第2电流流入支路导通，第2电流流出支路截止。若is1＝is2<0，第2电流流入支路和第2电流流出支路均截止。
因第1环流抑制支路和第2环流抑制支路的存在，ip1和ip2都没有循环的成分。
当第1开关器件截止时，Lms1和Lms2放磁，电流is1和is2均减小，Lf1和Lc3也放磁，电流iLf1和iLc3也均减小，共同为电容和负载提供电能，第1电流流出支路的导通/截止状态具体视电流iLf1的大小而定，第3电流流入支路的导通/截止状态具体视电流iLc3的大小而定，第1电流流入支路、第2电流流入支路、第2电流流出支路和第3电流流出支路的导通/截止状态具体视电流is1、is2、iLf1和iLc3的大小而定。
若iLf1>0，第1电流流出支路导通；若iLf1＝0，第1电流流出支路截止。若iLc3>0，第3电流流入支路导通；若iLc3＝0，第3电流流入支路截止。若is1>0或iLf1>0，第1电流流入支路导通；当is1＝0且iLf1＝0，第1电流流入支路截止。当is2>0或iLf2>0，第3电流流出支路导通；当is2＝0且iLf2＝0，第3电流流出支路截止。若is1>is2，第2电流流出支路导通，第2电流流入支路截止。若is2>is1，第2电流流入支路导通，第2电流流出支路截止。若is1＝is2，第2电流流入支路和第2电流流出支路均截止。
取n＝2、Vi1＝50V、Lmp1＝150μH、Lms1＝12mH、Lmp2＝300μH、Lms2＝10mH、Lf1＝Lc3＝5mH，Tr1和Tr2的耦合系数均为0.98，第1开关器件的工作频率为50kHz和占空比为0.25，负载为5kΩ。仿真可得如图13所示的稳态仿真波形图。由图12和图13可知，仿真结果和工作原理分析一致。当is1＝is2时，第2电流流入支路和第2电流流出支路均截止。当is1>is2>0时，电流is1-is2会通过导通的第2电流流出支路流出。
取n＝2、Vi1＝50V、Lmp1＝300μH、Lms1＝10mH、Lmp2＝150μH、Lms2＝12mH、Lf1＝Lc3＝5mH，Tr1和Tr2的耦合系数均为0.98，第1开关器件的工作频率为50kHz和占空比为0.25，负载为5kΩ。仿真可得如图14所示的稳态仿真波形图。由图12和图14可知，仿真结果和工作原理分析一致。当is1＝is2时，第2电流流入支路和第2电流流出支路均截止。当is2>is1>0时，电流is2-is1会通过导通的第2电流流入支路流入。
当输出电压Vo足够高时，第1电流流出支路和第3电流流入支路截止，实施例3的工作状态类似于一种反激的状态，与后述的实施例3相似。
实施例3
参考图15，一种分布式变压器的应用电路，包括实施例1所述的分布式变压器、n个缓冲支路、n个开关器件和电容，取所述分布式变压器原边的第2j-1端口与第2n-1端口相连，j的取值范围为1至n-1，所述分布式变压器原边的第1端口同时与第1直流电压源的正端以及第1缓冲支路至第n缓冲支路的一端相连，所述分布式变压器的第2j端口同时与第j缓冲支路的另一端以及第j开关器件的一端相连，第j开关器件的另一端与第1直流电压源的负端相连，所述分布式变压器的第2n端口同时与第n缓冲支路的另一端以及第n开关器件的一端相连，第n开关器件的另一端与第1直流电压源的负端相连。
实施例3的其余部分与实施例2相同。
仍以n＝2为例，阐述其工作原理。参考图15，取第1电流流入支路至第2电流流入支路分别包括二极管Da1至Da2，第3电流流入支路包括二极管Db3和电阻Rb3的串联组合，第1电流流出支路包括二极管De1和电阻Re1的串联组合，第2电流流出支路至第3电流流出支路分别包括二极管Dd2至Dd3。假设Tr1和Tr2的匝比分别是N1和N2，Tr1和Tr2的原边励磁电感分别为Lmp1和Lmp2，Tr1和Tr2的副边励磁电感分别为Lms1和Lms2，第1直流电压源电压为Vi1，流入Tr1和Tr2原边一端的电流分别为ip1和ip2，而流入变压器Tr1和Tr2副边一端的电流分别为is1和is2。
当输出电压Vo足够高时，第1电流流出支路截止，第3电流流入支路也截止，实施例3的工作状态类似于一种反激的状态。
第1开关器件和第2开关器件可工作同步也可工作不同步。其中一种工作状态如下：
当第1开关器件和第2开关器件都导通时，Lmp1和Lmp2充磁，电流ip1和ip2增加，由电容为负载提供电能。
当第1开关器件导通但第2开关器件截止时，Lmp1充磁，电流ip1增加，Lms2放磁，电流is2减小，为电容和负载提供电能。
当第2开关器件导通但第1开关器件截止时，Lmp2充磁，电流ip2增加，Lms1放磁，电流is1减小，为电容和负载提供电能。
当第1开关器件和第2开关器件都截止时，Lms1和Lms2放磁，电流is1和is2减小，为电容和负载提供电能。
第1电流流入支路、第2电流流入支路、第2电流流出支路和第3电流流出支路的导通/截止状态具体视电流is1和is2的大小而定。
若is1>0，第1电流流入支路导通；若is1＝0，第1电流流入支路截止。若is2>0，第3电流流出支路导通；若is2＝0，第3电流流出支路截止。若is1>is2，第2电流流出支路导通，第2电流流入支路截止。若is2>is1，第2电流流入支路导通，第2电流流出支路截止。若is1＝is2，第2电流流入支路和第2电流流出支路均截止。
第1电流流出支路和第3电流流入支路中的电阻Re1和Rb3在实施例3的启动过程中可限制电容的充电电流。
取n＝2、Vi1＝50V、Lmp1＝150μH、Lms1＝12mH、Lmp2＝300μH、Lms2＝10mH，Tr1和Tr2的耦合系数均为0.98，第1开关器件和第2开关器件的工作频率均为50kHz、占空比均为0.5但相位相差90°，负载为8kΩ。仿真可得如图16所示的稳态仿真波形图。由图15和图16可知，仿真结果和工作原理分析一致。当is1>is2时，电流is1-is2会通过导通的第2电流流出支路流出；当is2>is1时，电流is2-is1会通过导通的第2电流流入支路流入；当is2＝is1时，第2电流流入支路和第2电流流出支路均截止。
实施例4
参考图17，一种分布式变压器的应用电路，包括实施例1所述的分布式变压器、n个缓冲支路、1个开关器件和电容，取所述分布式变压器原边的第2j端口与第2n端口相连，j的取值范围为1至n-1，所述分布式变压器原边的第2j-1端口同时与第j直流电压源的正端以及第j缓冲支路的一端相连，所述分布式变压器原边的第2n-1端口同时与第n直流电压源的正端以及第n缓冲支路的一端相连，所述分布式变压器的第2n端口同时与第1缓冲支路至第n缓冲支路的另一端以及第1开关器件的一端相连，第1开关器件的另一端与第1直流电压源至第n直流电压源的负端相连。
实施例4的其余部分与实施例2相同。
仍以n＝2为例，阐述其工作原理。参考图17，取第1电流流入支路至第2电流流入支路分别包括二极管Da1至Da2，第3电流流入支路包括二极管Db3和电阻Rb3的串联组合，第1电流流出支路包括二极管De1和电阻Re1的串联组合，第2电流流出支路至第3电流流出支路分别包括二极管Dd2至Dd3。假设Tr1和Tr2的匝比分别是N1和N2，Tr1和Tr2的原边励磁电感分别为Lmp1和Lmp2，Tr1和Tr2的副边励磁电感分别为Lms1和Lms2，第1直流电压源和第2直流电压源的电压分别为Vi1和Vi2，流入Tr1和Tr2原边一端的电流分别为ip1和ip2，流入Tr1和Tr2副边一端的电流分别为is1和is2。
当输出电压Vo足够高时，第1电流流出支路截止，第3电流流入支路也截止，实施例4的工作状态类似于一种反激的状态。
当第1开关器件导通时，Lmp1和Lmp2充磁，电流ip1和ip2增加，由电容为负载提供电能。
当第1开关器件截止时，Lms1和Lms2放磁，电流is1和is2减小，为电容和负载提供电能。
第1电流流入支路、第2电流流入支路、第2电流流出支路和第3电流流出支路的导通/截止状态具体视电流is1和is2的大小而定。
若is1>0，第1电流流入支路导通；若is1＝0，第1电流流入支路截止。若is2>0，第3电流流出支路导通；若is2＝0，第3电流流出支路截止。若is1>is2，第2电流流出支路导通，第2电流流入支路截止。若is2>is1，第2电流流入支路导通，第2电流流出支路截止。若is1＝is2，第2电流流入支路和第2电流流出支路均截止。
第1电流流出支路和第3电流流入支路中的电阻Re1和Rb3在实施例4的启动过程中可限制电容的充电电流。
取n＝2、Vi1＝60V、Vi2＝50V、Lmp1＝150μH、Lms1＝12mH、Lmp2＝300μH、Lms2＝10mH，Tr1和Tr2的耦合系数均为0.98，第1开关器件的工作频率为50kHz和占空比为0.5，负载为8kΩ。仿真可得如图18所示的稳态仿真波形图。由图17和图18可知，仿真结果和工作原理分析一致。当is1>is2>0时，电流is1-is2会通过导通的第2电流流出支路流出；当is1＝is2>0时，第2电流流入支路和第2电流流出支路均截止。
取n＝2、Vi1＝50V、Vi2＝60V、Lmp1＝300μH、Lms1＝10mH，Lmp2＝150μH、Lms2＝12mH、Tr1和Tr2的耦合系数均为0.98，第1开关器件的工作频率为50kHz和占空比为0.5，负载为8kΩ。仿真可得如图19所示的稳态仿真波形图。由图17和图19可知，仿真结果和工作原理分析一致。当is2>is1>0时，电流is2-is1会通过导通的第2电流流入支路流入；当is2＝is1>0时，第2电流流入支路和第2电流流出支路均截止。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (10)
1.一种分布式变压器，其特征在于：包括原边2n个端口、副边2个端口、n个变压器、n个环流抑制支路、n+1个电流流入支路和n+1个电流流出支路，n为大于1的整数，第j变压器原边的一端与第j变压器副边的一端为同名端，j的取值范围为1至n-1，第n变压器原边的一端与第n变压器副边的一端为同名端，所述第j变压器原边的另一端与第j环流抑制支路的一端相连，第n变压器原边的另一端与第n环流抑制支路的一端相连，所述分布式变压器原边的第2j-1端口与第j变压器原边的一端相连，所述分布式变压器原边的第2j端口与第j环流抑制支路的另一端相连，所述分布式变压器原边的第2n-1端口与第n变压器原边的一端相连，所述分布式变压器原边的第2n端口与第n环流抑制支路的另一端相连，第j变压器副边的另一端与第j+1变压器副边的一端相连，第j变压器副边的一端同时与第j电流流入支路的电流输出端以及第j电流流出支路的电流输入端相连，第j变压器副边的另一端同时与第j+1电流流入支路的电流输出端以及第j+1电流流出支路的电流输入端相连，第n变压器副边的一端同时与第n电流流入支路的电流输出端以及第n电流流出支路的电流输入端相连，第n变压器副边的另一端同时与第n+1电流流入支路的电流输出端以及第n+1电流流出支路的电流输入端相连，第1电流流入支路至第n+1电流流入支路的电流输入端同时与所述分布式变压器副边的第1端口相连，第1电流流出支路至第n+1电流流出支路的电流输出端同时与所述分布式变压器副边的第2端口相连，所述分布式变压器原边的第1端口至第2n端口之间存在直接的连接关系，包括所述分布式变压器原边的第2j-1端口与第2n-1端口存在直接的连接关系，或者所述分布式变压器原边的第2j端口与第2n端口存在直接的连接关系。
2.如权利要求1所述的分布式变压器，其特征在于：所述第1环流抑制支路至第n环流抑制支路之一包括二极管，或者二极管和电阻的并联组合。
3.如权利要求1或2所述的分布式变压器，其特征在于：所述第1电流流入支路至第n+1电流流入支路之一包括二极管，或者二极管和电阻的串联组合，或者二极管和电感的串联组合。
4.如权利要求1或2所述的分布式变压器，其特征在于：所述第1电流流出支路至第n+1电流流出支路之一包括二极管，或者二极管和电阻的串联组合，或者二极管和电感的串联组合。
5.一种分布式变压器的应用电路，其特征在于：所述分布式变压器的应用电路包括如权利要求1或2所述的分布式变压器、1个缓冲支路、1个开关器件和电容，所述分布式变压器原边的第2j-1端口与第2n-1端口相连，所述分布式变压器原边的第2j端口与第2n端口相连，j的取值范围为1至n-1，所述分布式变压器原边的第1端口同时与第1直流电压源的正端以及第1缓冲电路的一端相连，所述分布式变压器原边的第2n端口同时与第1缓冲电路的另一端以及第1开关器件的一端相连，第1开关器件的另一端与第1直流电压源的负端相连，所述分布式变压器副边的第1端口同时与电容的一端以及负载的一端相连，所述分布式变压器副边的第2端口同时与电容的另一端以及负载的另一端相连。
6.如权利要求5所述的分布式变压器的应用电路，其特征在于：第1电流流入支路至第n电流流入支路之一包括二极管，第n+1电流流入支路包括二极管和电阻的串联组合，第1电流流出支路包括二极管和电阻的串联组合，第2电流流出支路至第n+1电流流出支路之一包括二极管；
或者，第1电流流入支路至第n电流流入支路之一包括二极管，第n+1电流流入支路包括二极管和电感的串联组合，第1电流流出支路包括二极管和电感的串联组合，第2电流流出支路至第n+1电流流出支路之一包括二极管。
7.一种分布式变压器的应用电路，其特征在于：所述分布式变压器的应用电路包括如权利要求1或2所述的分布式变压器、n个缓冲支路、n个开关器件和电容，所述分布式变压器原边的第2j-1端口与第2n-1端口相连，j的取值范围为1至n-1，所述分布式变压器原边的第1端口同时与第1直流电压源的正端以及第1缓冲支路至第n缓冲支路的一端相连，所述分布式变压器的第2j端口同时与第j缓冲支路的另一端以及第j开关器件的一端相连，第j开关器件的另一端与第1直流电压源的负端相连，所述分布式变压器的第2n端口同时与第n缓冲支路的另一端以及第n开关器件的一端相连，第n开关器件的另一端与第1直流电压源的负端相连，所述分布式变压器副边的第1端口同时与电容的一端以及负载的一端相连，所述分布式变压器副边的第2端口同时与电容的另一端以及负载的另一端相连。
8.如权利要求7所述的分布式变压器的应用电路，其特征在于：第1电流流入支路至第n电流流入支路之一包括二极管，第n+1电流流入支路包括二极管和电阻的串联组合，第1电流流出支路包括二极管和电阻的串联组合，第2电流流出支路至第n+1电流流出支路之一包括二极管；
或者，第1电流流入支路至第n电流流入支路之一包括二极管，第n+1电流流入支路包括二极管和电感的串联组合，第1电流流出支路包括二极管和电感的串联组合，第2电流流出支路至第n+1电流流出支路之一包括二极管。
9.一种分布式变压器的应用电路，其特征在于：所述分布式变压器的应用电路包括如权利要求1或2所述的分布式变压器、n个缓冲支路、1个开关器件和电容，所述分布式变压器原边的第2j端口与第2n端口相连，j的取值范围为1至n-1，所述分布式变压器原边的第2j-1端口同时与第j直流电压源的正端以及第j缓冲支路的一端相连，所述分布式变压器原边的第2n-1端口同时与第n直流电压源的正端以及第n缓冲支路的一端相连，所述分布式变压器的第2n端口同时与第1缓冲支路至第n缓冲支路的另一端以及第1开关器件的一端相连，第1开关器件的另一端与第1直流电压源至第n直流电压源的负端相连，所述分布式变压器副边的第1端口同时与电容的一端以及负载的一端相连，所述分布式变压器副边的第2端口同时与电容的另一端以及负载的另一端相连。
10.如权利要求9所述的分布式变压器的应用电路，其特征在于：第1电流流入支路至第n电流流入支路之一包括二极管，第n+1电流流入支路包括二极管和电阻的串联组合，第1电流流出支路包括二极管和电阻的串联组合，第2电流流出支路至第n+1电流流出支路之一包括二极管；
或者，第1电流流入支路至第n电流流入支路之一包括二极管，第n+1电流流入支路包括二极管和电感的串联组合，第1电流流出支路包括二极管和电感的串联组合，第2电流流出支路至第n+1电流流出支路之一包括二极管。
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