CN112908655B - 多输入单输出的分布式变压器及其应用电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多输入单输出的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+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变压器的原边互不相连，而副边则以串联的形式相连。当第1变压器至第n变压器不一致时，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，适用于多独立电源输入单输出的应用场合。

Description

多输入单输出的分布式变压器及其应用电路

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种多输入单输出的分布式变压器及其应用电路。

背景技术

因为集中式变压器的各绕组间存在耦合关系，所以单个集中式变压器及其应用电路很难同时将多个独立电源的电能汇集起来为单个负载供电。针对这种多输入单输出的应用场合，目前大多采用多个变换器输入端独立、输出端并联的组合方案。即，各变换器的输入端分别与各独立电源相连，各自实现电能转化后通过并联的输出端为共同的负载供电。

各变换器均是一个可独立工作的电路，因此其组合形式将更为复杂，即现有技术中变换器组合方案很复杂，需要改进。

发明内容

针对多独立电源输入单输出的应用场合，为克服现有变换器组合方案复杂的缺陷，本发明提出一种多输入单输出的分布式变压器，该分布式变压器由多个制造难度低的变压器和多个具有单向导电性的支路构成。本发明还包括包含该分布式变压器的应用电路。

本发明所采取的技术方案为：

本发明提出的一种多输入单输出的分布式变压器，包括原边2n个端口、副边2个端口、n个变压器、n+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，所述分布式变压器原边的第2j-1端口和第2j端口分别与第j变压器原边的一端和另一端相连，所述分布式变压器原边的第2n-1端口和第2n端口分别与第n变压器原边的一端和另一端相连，所述分布式变压器副边的第1端口同时与第1电流流入支路至第n+1电流流入支路的电流输入端相连，所述分布式变压器副边的第2端口同时与第1电流流出支路至第n+1电流流出支路的电流输出端相连，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。

本发明提出的一种多输入单输出的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端口同时与第j直流电压源的正端以及第j缓冲电路的一端相连，所述分布式变压器原边的第2j端口同时与第j缓冲电路的另一端以及第j开关器件的一端相连，第j开关器件的另一端与第j直流电压源的负端相连，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n缓冲电路的另一端以及第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。

所述第1缓冲支路至第n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开关器件至第n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。

本发明提出的另一种多输入单输出的分布式变压器的应用电路，包括所述分布式变压器、n个限流支路和电容，所述分布式变压器原边的第2j-1端口与第j交流电压源的一端相连，所述分布式变压器原边的第2j端口与第j限流支路的一端相连，第j限流支路的另一端与第j交流电压源的另一端相连，所述分布式变压器原边的第2n-1端口与第n交流电压源的一端相连，所述分布式变压器原边的第2n端口与第n限流支路的一端相连，第n限流支路的另一端与第n交流电压源的另一端相连，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限流支路至第n限流支路的作用是限制流入所述分布式变压器原边的第1端口至第2n端口的电流。

在一个实施例中，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，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。

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。

在一个实施例中，第1限流支路至第n限流支路之一包括电感或电阻。

本发明的有益效果主要表现在：

为适应多个独立电压源，采用多个独立“小”变压器解决1个集中“大”变压器的局部解耦问题，可简化多输入单输出的电路。为解决多个“小”变压器之间的不一致问题，再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，对各“小”变压器间的不一致电流进行“疏导”。由多个独立“小”变压器与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，该分布式变压器适应性好，应用电路种类多。

附图说明

图1是本发明提出的多输入单输出的分布式变压器的电路图；

图2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3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4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5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6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7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8是本发明提出的第1种多输入单输出分布式变压器应用电路的电路图；

图9是本发明提出的第1种多输入单输出分布式变压器应用电路的稳态仿真波形图(n＝2，is1≤is2)；

图10是本发明提出的第1种多输入单输出分布式变压器应用电路的稳态仿真波形图(n＝2，is2≤is1)；

图11是本发明提出的第2种多输入单输出分布式变压器应用电路的电路图；

图12是本发明提出的第2种多输入单输出分布式变压器应用电路的稳态仿真波形图(n＝2)；

图13是本发明提出的第3种多输入单输出分布式变压器应用电路的电路图；

图14是本发明提出的第3种多输入单输出分布式变压器应用电路的稳态仿真波形图(n＝2)。

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1，一种多输入单输出的分布式变压器，包括原边2n个端口、副边2个端口、n个变压器、n+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，所述分布式变压器原边的第2j-1端口和第2j端口分别与第j变压器原边的一端和另一端相连，所述分布式变压器原边的第2n-1端口和第2n端口分别与第n变压器原边的一端和另一端相连，所述分布式变压器副边的第1端口同时与第1电流流入支路至第n+1电流流入支路的电流输入端相连，所述分布式变压器副边的第2端口同时与第1电流流出支路至第n+1电流流出支路的电流输出端相连，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。

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的原边互不相连而副边则以串联的形式相连。Tr1至Trn之间不存在耦合关系。

单向导电的电流流入支路和电流流出支路使得实施例1的输出端呈单极性。即实施例1副边的第2端口为正，实施例1副边的第1端口为负。

参考图1，假设流入Tr1至Trn原边一端的电流分别为ip1至ipn，而流入Tr1至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，j的取值范围是1至n-1，若isj-isj+1>0，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<0，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。

参考图2，第1种适用的电流流入支路包括二极管，即第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，k的取值范围为1至n+1。

参考图3，第2种适用的电流流入支路包括二极管和电阻的串联组合，即第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，k的取值范围为1至n+1。

参考图4，第3种适用的电流流入支路包括二极管和电感的串联组合，即第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，k的取值范围为1至n+1。

参考图5，第1种适用的电流流出支路包括二极管，即第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，k的取值范围为1至n+1。

参考图6，第2种适用的电流流出支路包括二极管和电阻的串联组合，即第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，k的取值范围为1至n+1。

参考图7，第3种适用的电流流出支路包括二极管和电感的串联组合，即第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2至图7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3和图6中的电阻以及图4和图7中的电感令电流流入支路和电流流出支路具有限流功能。

实施例2

参考图8，一种多输入单输出的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，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缓冲电路的一端相连，所述分布式变压器原边的第2j端口同时与第j缓冲电路的另一端以及第j开关器件的一端相连，第j开关器件的另一端与第j直流电压源的负端相连，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n缓冲电路的另一端以及第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。

所述第1电流流入支路至第n电流流入支路分别包括二极管Da1至Dan，第n+1电流流入支路包括二极管Dbn+1和电阻Rbn+1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n+1电流流出支路分别包括二极管Dd2至Ddn+1。

所述第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缓冲支路至第n缓冲支路之一包括电阻、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。缓冲支路的作用是防止因变压器漏感造成的过电压，保护开关器件。

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8，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，第2直流电压源电压为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2的工作状态类似于一种反激状态。

当第1开关器件导通时，Tr1原边励磁电感Lmp1充磁，电流ip1增加；当第1开关器件截止时，Tr1副边励磁电感Lms1放磁，电流is1减小，为电容和负载提供电能。当第2开关器件导通时，Tr2原边励磁电感Lmp2充磁，电流ip2增加；当第2开关器件截止时，Tr2副边励磁电感Lms2放磁，电流is2减小，为电容和负载提供电能。

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，各电流流入支路和各电流流出支路均截止，由电容为负载提供电能。

当第1开关器件和第2开关器件都截止时，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>is2>0，第1电流流入支路、第2电流流出支路和第3电流流出支路均导通，第2电流流入支路截止。若is2>is1>0，第1电流流入支路、第2电流流入支路和第3电流流出支路均导通，第2电流流出支路截止。若is1＝is2>0，第1电流流入支路和第3电流流出支路均导通，第2电流流入支路和第2电流流出支路均截止。若is1＝is2＝0，各电流流入支路和各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2的启动过程中可限制电容的充电电流。

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开关器件和第2开关器件工作同步且工作频率均为50kHz以及占空比均为0.5，负载为8kΩ。仿真可得如图9所示的稳态仿真波形图。由图8和图9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电流流入支路截止。

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开关器件和第2开关器件工作同步且工作频率均为50kHz以及占空比均为0.5，负载为8kΩ。由图8和图10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电流流出支路截止。

实施例3

参考图11，一种多输入单输出的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。

所述分布式变压器中的第1电流流入支路至第n电流流入支路分别包括二极管Da1至Dan，第n+1电流流入支路包括二极管Dcn+1和电感Lcn+1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n+1电流流出支路分别包括二极管Dd2至Ddn+1。

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11，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，第2直流电压源电压为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，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3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原边励磁电感Lmp1充磁，电流ip1增加；当第1开关器件截止时，Tr1副边励磁电感Lms1放磁，电流is1减小，为电容和负载提供电能。当第2开关器件导通时，Tr2原边励磁电感Lmp2充磁，电流ip2增加；当第2开关器件截止时，Tr2副边励磁电感Lms2放磁，电流is2减小，为电容和负载提供电能。

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，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。

当第1开关器件导通但第2开关器件截止时，第1电流流出支路导通，第1电流流入支路截止，Lf1充磁，iLf1增加，Lc3放磁，iLc3减小，因is1<is2，第2电流流入支路导通，第2电流流出支路截止，第3电流流出支路和第3电流流入支路的导通/截止状态具体视is2和iLc3的大小而定。若is2>0或iLc3>0，第3电流流出支路导通；若is2＝0且iLc3＝0，第3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。

或者，当第1开关器件截止但第2开关器件导通时，第3电流流入支路导通，第3电流流出支路截止，Lc3充磁，iLc3增加，Lf1放磁，iLf1减小，因is1>is2，第2电流流出支路导通，第2电流流入支路截止，第1电流流入支路和第1电流流出支路的导通/截止状态具体视is1和iLf1的大小而定。若is1>0或iLf1>0，第1电流流入支路导通；若is1＝0且iLf1＝0，第1电流流入支路截止。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。

当第1开关器件和第2开关器件都截止时，Lf1和Lc3放磁，iLf1和iLc3均减小，第1电流流出支路的导通/截止状态具体视iLf1的大小而定，第3电流流入支路的导通/截止状态具体视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；若is1＝0且iLf1＝0，第1电流流入支路截止。若is2>0或iLc3>0，第3电流流出支路导通；若is2＝0且iLc3＝0，第3电流流出支路截止。若is1>is2>0，第2电流流出支路导通，第2电流流入支路截止。若is2>is1>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。

取n＝2、Vi1＝50V、Vi2＝60V、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，第2开关器件的工作频率为50kHz和占空比为0.3，负载为5kΩ。仿真可得如图12所示的稳态仿真波形图。由图11和图12可知，仿真结果和工作原理分析一致。当is2<is1时，电流|is2-is1|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，与实施例2相似。

实施例4

参考图13，一种多输入单输出的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个限流支路和电容，所述分布式变压器原边的第2j-1端口与第j交流电压源的一端相连，所述分布式变压器原边的第2j端口与第j限流支路的一端相连，第j限流支路的另一端与第j交流电压源的另一端相连，所述分布式变压器原边的第2n-1端口与第n交流电压源的一端相连，所述分布式变压器原边的第2n端口与第n限流支路的一端相连，第n限流支路的另一端与第n交流电压源的另一端相连，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限流支路至第n限流支路之一包括电感或电阻，其作用是限制流入所述分布式变压器原边的第1端口至第2n端口的电流。

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，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。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交流电压源至第n交流电压源包括正弦交流电压源、正负脉冲电压源或多电平脉冲电压源等。

以n＝2为例，阐述其工作原理。参考图13，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交流电压源采用正负脉冲电压源vac1(包含正电压Vi1和负电压-Vi1)，第2交流电压源采用正负脉冲电压源vac2(包含正电压Vi2和负电压-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。再令第1限流支路和第2限流支路均为一电阻。实施例4的工作状态类似于一种整流的状态。

当vac1＝Vi1>0时，Lmp1充磁，电流ip1增加，但会被第1限流支路限流；当vac1＝-Vi1<0时，Lmp1反向充磁，电流ip1反向增加，但也会被第1限流支路限流。

当vac2＝Vi2>0时，Lmp2充磁，电流ip2增加，但会被第2限流支路限流；当vac2＝-Vi2<0时，Lmp2反向充磁，电流ip2反向增加，但也会被第2限流支路限流。

Tr1和Tr2的副边通过导通的电流流入支路和电流流出支路为电容和负载供电。各电流流入支路和各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电流流出支路导通。若is2>0，第3电流流出支路导通。若is2<0，第3电流流入支路导通。若is1>is2，第2电流流出支路导通。若is1<is2，第2电流流入支路导通。

取n＝2、正负方波电压源vac1和vac2的工作频率均为50kHz、vac1和vac2的相位差为180°、Vi1＝50V、Vi2＝60V、Lmp1＝150μH，Lms1＝15mH，Lmp2＝300μH，Lms2＝10mH，Tr1和Tr2的耦合系数均为0.98，第1限流支路和第2限流支路均为电阻，负载为1kΩ。仿真可得如图14所示的稳态仿真波形图。由图13和图14可知，仿真结果和工作原理分析一致。当is2>is1时，电流|is1-is2|会通过导通的第2电流流入支路流入；当is2<is1时，电流is1-is2会通过导通的第2电流流出支路流出。

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。虽然前述实施例中，独立电压源涉及直流电压源和交流电压源。但本领域普通技术人员可以理解，前述直流电压源和交流电压源也可以由功率变换器所替代。此外，直流电压源和交流电压源混合的多输入方式也适用。这些变形均未超出本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多输入单输出的分布式变压器，其特征在于：所述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+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，所述分布式变压器原边的第2j-1端口和第2j端口分别与第j变压器原边的一端和另一端相连，所述分布式变压器原边的第2n-1端口和第2n端口分别与第n变压器原边的一端和另一端相连，所述分布式变压器副边的第1端口同时与第1电流流入支路至第n+1电流流入支路的电流输入端相连，所述分布式变压器副边的第2端口同时与第1电流流出支路至第n+1电流流出支路的电流输出端相连，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。

2.如权利要求1所述的多输入单输出的分布式变压器，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。

3.如权利要求1或2所述的多输入单输出的分布式变压器，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。

4.一种多输入单输出的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端口同时与第j直流电压源的正端以及第j缓冲电路的一端相连，所述分布式变压器原边的第2j端口同时与第j缓冲电路的另一端以及第j开关器件的一端相连，第j开关器件的另一端与第j直流电压源的负端相连，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n缓冲电路的另一端以及第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。

5.如权利要求4所述的多输入单输出的分布式变压器的应用电路，其特征在于：所述第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。

6.如权利要求4所述的多输入单输出的分布式变压器的应用电路，其特征在于：所述第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。

7.一种多输入单输出的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所述的分布式变压器、n个限流支路和电容，所述分布式变压器原边的第2j-1端口与第j交流电压源的一端相连，所述分布式变压器原边的第2j端口与第j限流支路的一端相连，第j限流支路的另一端与第j交流电压源的另一端相连，所述分布式变压器原边的第2n-1端口与第n交流电压源的一端相连，所述分布式变压器原边的第2n端口与第n限流支路的一端相连，第n限流支路的另一端与第n交流电压源的另一端相连，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所述的多输入单输出的分布式变压器的应用电路，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，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。

9.如权利要求7所述的多输入单输出的分布式变压器的应用电路，其特征在于：所述第1限流支路至第n限流支路之一包括电感或电阻。

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