CN113676058A - 一种电源变换模块的均压装置以及一种电源变换系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种电源变换模块的均压装置，包括：N个电源变换模块；其中，第1个电源变换模块的第一端与第N个电源变换模块的第二端并联，第N‑i个电源变换模块的第二端与第N‑i+1个电源变换模块的第一端并联；N≥2，1≤i≤N‑1。通过该均压装置因为可以实现N个电源变换模块的完全串联，所以，通过该装置就可以完全承受N个电源变换模块的输入电压或输出电压，由此就会显著提高电源变换模块的利用率。并且，在该均压方式中，每一个电源变换模块中的所有变压器绕组均可以传输功率，在此情况下，利用该装置也可以提高电源变换模块中变压器绕组的利用率。

Description

一种电源变换模块的均压装置以及一种电源变换系统
技术领域
本发明涉及电源变换器技术领域，特别涉及一种电源变换模块的均压装置以及一种电源变换系统。
背景技术
在电源变换模块的应用中，通常会对多个电源变换模块进行串并联来使得已有的电源变换模块能够拓展出符合应用所需的电路拓扑结构。在对电源变换模块进行串并联时，一般会希望每个电源变换模块所承受的电压应力相同或保持固定的比例，并以此来保证整个电路拓扑的稳定可靠运行。但是，由于每个电源变换模块内部器件的工艺偏差以及工作状态差异等问题，会导致各个电源变换模块的工作电压与预期值存在一定的偏差，甚至该偏差值还会随着电路的运行而逐渐增加。在此情况下，就需要采取一定的均压措施来保证各个电源变换模块所承担的电压相同或保持一定的比例。
在现有技术中，一般会采用以下两种方法来对串并联的电源变换模块进行均压。其中，一种是按照专利申请201120283946.5所提供的“一种可实现均压及功率扩容的电源变换器拓扑”来对电源变换模块进行均压，在该拓扑电路中是设置有2N电源变换模块，但是，对于整个电源变换拓扑而言却只能承受N个电源变换模块的输入电压，这样就会导致电源变换模块的利用率较低；另一种是按照专利申请201921047152.1所提供的“一种自动均压电路”来对电源变换模块进行均压，但是，在该均压电路的正常运行过程中，变压器的辅助绕组并不会承担功率，这样就会导致变压器绕组的利用率较低。目前，针对上述技术问题，还没有较为有效的解决办法。
由此可见，如何在提高电源变换模块利用率的同时提高电源变换模块中变压器绕组的利用率，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电源变换模块的均压装置以及一种电源变换系统，以在提高电源变换模块利用率的同时，也可以提高电源变换模块中变压器绕组的利用率。其具体方案如下：
一种电源变换模块的均压装置，包括：N个电源变换模块；其中，第1个电源变换模块的第一端与第N个电源变换模块的第二端并联，第N-i个电源变换模块的第二端与第N-i+1个电源变换模块的第一端并联；N≥2，1≤i≤N-1。
优选的，当电源变换模块的数量为2时，所述电源变换模块的第一端和第二端为同一端口。
优选的，当所述电源变换模块只需要与均压后的一个电源变换模块组进行并联均压时，则所述电源变换模块的第一端和第二端为同一端口，且所述电源变换模块的第一端与所述电源变换模块组的均压端口并联。
优选的，所述电源变换模块至少具有一个变压器。
优选的，N个电源变换模块各个端口的电压均相同。
优选的，N个电源变换模块各个端口的电压按照预设比例进行设定。
优选的，若N个电源变换模块的供电电源为直流电，则N个电源变换模块的控制信号相互独立。
优选的，并联后的端口之间能够进行串并联组合。
优选的，所述电源变换模块包括单个的电源变换单元和/或均压后的多个电源变换单元。
相应的，本发明还公开了一种电源变换系统，包括如前述所公开的一种电源变换模块的均压装置。
可见，通过本发明所提供的均压装置，因为可以实现N个电源变换模块的完全串联，所以，通过该装置就可以完全承受N个电源变换模块的输入电压或输出电压，由此就会显著提高电源变换模块的利用率。并且，在该均压方式中，每一个电源变换模块中的所有变压器绕组均可以传输功率，在此情况下，利用该装置也可以提高电源变换模块中变压器绕组的利用率。相应的，本发明所提供的一种电源变换系统同样具有上述有益效果。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为对N个电源变换模块的直流输出侧进行均压连接时的结构图；
图2为对3个电源变换模块的直流输出侧进行均压连接时的结构图；
图3为对3个电源变换模块的交流输入侧进行均压连接时的结构图；
图4为对3个电源变换模块的交流输出侧进行均压连接时的结构图；
图5为对2个电源变换模块的直流输出侧进行均压连接时的一种结构图；
图6为对2个电源变换模块的直流输出侧进行均压连接时的另一种结构图；
图7为具有两个输出端口的LLC谐振电路的结构图；
图8为对3个电源变换模块的直流输出端口进行均压连接时的结构图；
图9为对3个电源变换模块的绕组端口进行均压连接时的结构图；
图10为均压装置中设置有4个电源变换模块，每一个电源变换模块的控制信号的示意图；
图11为图10所示4个电源变换模块进行控制信号交错时的结果示意图；
图12为三组并联的端口组进行串联后作为整个均压装置的输入端口时的结构图；
图13为三组并联的端口进行串联后作为整个均压装置的输出端口时的结构图；
图14为并联均压端口不用作功率传递时的一种3个电源变换模块的连接示意图；
图15为对两个电源变换模块的6个输出端口进行均压连接时的一种连接结构图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种电源变换模块的均压装置，包括：N个电源变换模块；其中，第1个电源变换模块的第一端与第N个电源变换模块的第二端并联，第N-i个电源变换模块的第二端与第N-i+1个电源变换模块的第一端并联；N≥2，1≤i≤N-1；
在本实施例中提供了一种电源变换模块的均压装置，利用该均压装置不仅可以提高电源变换模块的利用率，而且可以提高电源变换模块中变压器绕组的利用率。
请参见图1，图1为对N个电源变换模块的直流输出侧进行均压连接时的结构图。基于同样的原理，还可以通过对电源变换模块的输入侧端口进行连接来对这N个电源变换模块进行均压。其中，电源变换模块包括电容Cin_i以及变压器T，Vo1和Vo2分别为变压器T的第一输出端口和第二输出端口。请参见图2，图2为对3个电源变换模块的直流输出侧进行均压连接时的结构图。
请参见图3，图3为对3个电源变换模块的交流输入侧进行均压连接时的结构图。在该均压装置中设置有3个电源变换模块，也即，第一电源变换模块、第二电源变换模块和第三电源变换模块。其中，每一个电源变换模块包括电容Cin_i、开关网络S和变压器T，而第一电源变换模块中变压器T1的第一绕组P1和第二绕组P2分别相当于第一电源变换模块的第一端和第二端，同理，第二电源变换模块中变压器T2的第一绕组P3和第二绕组P4分别相当于第二电源变换模块的第一端和第二端，第三电源变换模块中变压器T3的第一绕组P5和第二绕组P6分别相当于第三电源变换模块的第一端和第二端。
在图3所示的电源变换模块的均压装置中，是通过对电源变换模块的原边绕组进行连接来对这3个电源变换模块进行均压。基于同样的原理，还可以通过对电源变换模块的副边绕组进行连接来对这3个电源变换模块进行均压。请参见图4，图4为对3个电源变换模块的交流输出侧进行均压连接时的结构图。
在上述所提供的均压装置中，因为可以实现N个电源变换模块的完全串联，所以，通过该装置就可以完全承受N个电源变换模块的输入电压或输出电压，由此就会显著提高电源变换模块的利用率。并且，并联的端口用作均压装置的输出时，每个端口都能传输能量，这样就可以显著提高电源变换模块中变压器绕组的利用率。
需要说明的是，在本实施例所提供的均压装置中，每个电源变换模块所承受的电压应力相同或保持固定的比例；并且，每个电源变换模块中的变压器既可以是线绕式变压器，也可以是平面变压器，或者是其它类型的变压器等等。同时，利用该均压装置既可以对这N个电源变换模块进行平均均压，也可以对这N个电源变换模块进行按比例均压。
可见，通过本发明所提供的均压装置，因为可以实现N个电源变换模块的完全串联，所以，通过该装置就可以完全承受N个电源变换模块的输入电压或输出电压，由此就会显著提高电源变换模块的利用率。并且，在该均压方式中，每一个电源变换模块中的所有变压器绕组均可以传输功率，在此情况下，利用该装置也可以提高电源变换模块中变压器绕组的利用率。
基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，当电源变换模块的数量为2时，电源变换模块的第一端和第二端为同一端口。
如果电源变换模块的均压装置中是有2个电源变换模块，可以是将第一电源变换模块中变压器T1的第一输出端Vo1与第二电源变换模块中变压器T2的第二输出端Vo2并联，并将第一电源变换模块中变压器T1的第二输出端Vo2与第二电源变换模块中变压器T2的第一输出端Vo1并联来使得这两个电源变换模块实现自动均压。具体请参见图5，图5为对2个电源变换模块的直流输出侧进行均压连接时的一种结构图。
或者，是将电源变换模块中的第一端口和第二端口设置为同一个端口，也即，只在电源变换模块的输出端设置一个端口，然后，再将第一电源变换模块中变压器T1的第一输出端Vo1和第二电源变换模块中变压器T2的第一输出端Vo1进行并联，就可以达到对这两个电源变换模块进行均压的目的。具体请参见图6，图6为对2个电源变换模块的直流输出侧进行均压连接时的另一种结构图。
作为另一种优选的实施方式，当电源变换模块只需要与均压后的一个电源变换模块组进行并联均压时，则电源变换模块的第一端和第二端为同一端口，且电源变换模块的第一端与电源变换模块组的均压端口并联。
在实际应用中，如果一个电源变换模块只需要与一个均压后的电源变换模块组并联均压时，此时则可以将电源变换模块的第一端和第二端设置为同一个端，并将电源变换模块的第一端只与电源变换模块组的均压端口并联，即可达到对电源变换模块和均压后的电源变换模块组进行均压的目的。
显然，通过本实施例所提供的技术方案就可以相对简化该均压装置的线路复杂度。
基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，电源变换模块包括单个的电源变换单元和/或均压后的多个电源变换单元。
在本实施例中，均压装置内部所设置的电源变换模块既可以是单个的电源变换单元，也可以是均压之后的多个电源变换单元，还可以是单个电源变换单元与均压后的多个电源变换单元的组合，这样就可以进一步扩宽该均压装置在实际使用中的应用范围。
基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，电源变换模块至少具有一个变压器。
在实际应用中，电源变换模块中会设置有至少一个变压器，比如：可以将电源变换模块设置为LLC谐振电路、CLLC谐振电路、CLL谐振电路、LCC谐振电路、CLLLC谐振电路、DAB电路、移相全桥电路、正激电路、反激电路或推挽电路中的任意一种电路拓扑，或者还可以将电源变换模块设置为上述电路模块的变种或组合电路，只要能够达到实际应用目的即可，此处不作具体赘述。请参见图7，图7为具有两个输出端口的LLC谐振电路的结构图。在图7所示的电路图中，V01代表电源变换模块中变压器的第一输出端口，V02代表电源变换模块中变压器的第二输出端口。
显然，通过本实施例所提供的技术方案，就可以使得电源变换模块的设置方式更加灵活与多样。
基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，N个电源变换模块各个端口的电压均相同。
利用本申请所提供的均压装置既可以对输出电压相等的N个电源变换模块进行均压，也可以对输出电压成比例的N个电源变换模块进行均压。具体的，如果需要利用本申请所提供的均压装置对输出电压相等的N个电源变换模块进行均压时，就可以将N个电源变换模块的各个端口电压设置为均相同的形式。
或者，作为另一种优选的实施方式，N个电源变换模块各个端口的电压按照预设比例进行设定。
如果需要利用本申请所提供的均压装置对输出电压成比例的N个电源变换模块进行均压时，就可以按照预设比例对N个电源变换模块的各个端口电压进行设置。请参见图8，图8为对3个电源变换模块的直流输出端口进行均压连接时的结构图。具体的，图8所示电路结构中的3个电源变换模块中第一电源变换模块的第一输出端口和第二输出端口的电压分别为1v0和3v0，第二电源变换模块的第一输出端口和第二输出端口的电压分别为3v0和2v0，第三电源变换模块的第一输出端口和第二输出端口的电压分别为2v0和1v0(其中，v0为输出端口电压的假设单位)。此时，将第一电源变换模块的第一输出端口和第三电源变换模块的第二输出端口并联，将第二电源变换模块的第一输出端口和第一电源变换模块的第二输出端口并联，并将第三电源变换模块的第一输出端口和第二电源变换模块的第二输出端口并联即可实现这三个电源变换模块的均压。
请参见图9，图9为对3个电源变换模块的绕组端口进行均压连接时的结构图。具体的，图9所示电路结构中的3个电源变换模块中第一电源变换模块的第一绕组端口和第二绕组端口的电压分别为1v0和3v0，第二电源变换模块的第一绕组端口和第二绕组端口的电压分别为3v0和2v0，第三电源变换模块的第一绕组端口和第二绕组端口的电压分别为2v0和1v0(其中，v0为绕组端口电压的假设单位)。此时，将第一电源变换模块的第一绕组端口和第三电源变换模块的第二绕组端口并联，将第二电源变换模块的第一绕组端口和第一电源变换模块的第二绕组端口并联，将第三电源变换模块的第一绕组端口和第二电源变换模块的第二绕组端口并联即可实现这三个电源变换模块的均压。当然，在实际应用中，还可以基于同样的原理，按照其它比例来对电源变换模块的端口电压进行设定，此处不作具体赘述。
显然，通过本实施例所提供的技术方案，就可以使得该均压装置达到对N个电源变换模块进行均压的目的。
基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，若N个电源变换模块的供电电源为直流电，则N个电源变换模块的控制信号相互独立。
如果N个电源变换模块的供电电源为直流电，则各个电源变换模块的控制信号相互独立，可以单独进行控制。可以理解的是，当对均压装置中的各个电源变换模块进行单独控制时，除了可以增加对电源变换模块进行控制时的灵活性之外，还可以通过对电源变换模块进行错相控制的方式来减少均压装置的输出电压纹波和流过输出电容的电流纹波。
请参见图10和图11，图10为均压装置中设置有4个电源变换模块，每一个电源变换模块的控制信号的示意图。图11为图10所示4个电源变换模块进行控制信号交错时的结果示意图。其中，Phase1代表第一电源变换模块的控制信号，Phase2代表第二电源变换模块的控制信号，Phase3代表第三电源变换模块的控制信号，Phase4代表第四电源变换模块的控制信号。Phase1超前Phase2的相位为45°，Phase2超前Phase3的相位为45°，Phase3超前Phase4的相位为45°。
当然，在实际应用中还可以对电源变换模块的交错形式和角度进行选择。比如：既可以选择phase1超前Phase2的相位为20°、phase2超前Phase3的相位为30°，phase3超前Phase4的相位为40°；也可以选择phase1超前Phase3的相位20°、phase3超前Phase2的相位为30°，phase2超前Phase4的相位为40°。
基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，并联后的端口之间能够进行串并联组合。
在本实施例中，为了使得本申请所提供的均压装置能够对其输入电压或输出电压进行灵活调整，还可以对并联后的电源变换模块进行串并联的自由组合。
请参见图12和图13，图12为三组并联的端口组进行串联后作为整个均压装置的输入端口时的结构图，图13为三组并联的端口进行串联后作为整个均压装置的输出端口时的结构图。当然，并联的端口进行串并联之后，既可以用作整个均压装置的输入端口或输出端口，也可以不用作功率传输的端口。请参见图14，图14为并联均压端口不用作功率传递时的一种3个电源变换模块的连接示意图。
在实际应用中，电源变换模块的输入端口或输出端口既可以是2个，也可以是多个。当电源变换模块具有多个输入端口或输出端口时，既可以将电源变换模块的多个输入端口或输出端口并联成2组等效的输入端口或输出端口来对多个电源变换模块进行均压；也可以是先选择电源变换模块中的2个输入端口或输出端口与其它电源变换模块进行均压，之后再将均压的输入端口或输出端口与其它输入端口或输出端口进行串并联组合来达到所需要的输入或输出电压规格。具体请参见图15，图15为对两个电源变换模块的6个输出端口进行均压连接时的一种连接结构图。
相应的，本发明实施例还公开了一种电源变换系统，包括如前述所公开的一种电源变换模块的均压装置。
本发明实施例所提供的一种电源变换系统，具有前述所公开的一种电源变换模块的均压装置所具有的有益效果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种电源变换模块的均压装置以及一种电源变换系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电源变换模块的均压装置，其特征在于，包括：N个电源变换模块；其中，第1个电源变换模块的第一端与第N个电源变换模块的第二端并联，第N-i个电源变换模块的第二端与第N-i+1个电源变换模块的第一端并联；N≥2，1≤i≤N-1。
2.根据权利要求1所述的均压装置，其特征在于，当电源变换模块的数量为2时，所述电源变换模块的第一端和第二端为同一端口。
3.根据权利要求1所述的均压装置，其特征在于，当所述电源变换模块只需要与均压后的一个电源变换模块组进行并联均压时，则所述电源变换模块的第一端和第二端为同一端口，且所述电源变换模块的第一端与所述电源变换模块组的均压端口并联。
4.根据权利要求1所述的均压装置，其特征在于，所述电源变换模块至少具有一个变压器。
5.根据权利要求1所述的均压装置，其特征在于，N个电源变换模块各个端口的电压均相同。
6.根据权利要求1所述的均压装置，其特征在于，N个电源变换模块各个端口的电压按照预设比例进行设定。
7.根据权利要求1所述的均压装置，其特征在于，若N个电源变换模块的供电电源为直流电，则N个电源变换模块的控制信号相互独立。
8.根据权利要求1所述的均压装置，其特征在于，并联后的端口之间能够进行串并联组合。
9.根据权利要求1至8任一项所述的均压装置，其特征在于，所述电源变换模块包括单个的电源变换单元和/或均压后的多个电源变换单元。
10.一种电源变换系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的一种电源变换模块的均压装置。
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