CN113965091A - 一种基于级联全桥的均流电路及其控制方法 - Google Patents

一种基于级联全桥的均流电路及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于级联全桥的均流电路及控制方法，其中，变压器第一、第二副边绕组同名端接到第一、第二全桥电路的第一桥臂中点，第一副边绕组异名端接到第N全桥电路的第二桥臂中点，第二副边绕组异名端接到第一全桥电路的第二桥臂中点；变压器第N副边绕组同名端接到第N全桥电路的第一桥臂中点，异名端接到第N‑1全桥电路的第二桥臂中点；第N全桥电路直流端口与第N电容并联，正端与第N电感连接；第一至第N电感的第二端点相连接，并与输出电容的正端相连接，第一至第N全桥电路直流端口的负端相连，并与输出电容的负端相连接。本发明实现了对绕组和开关的电流均衡，不增加变压器磁芯的体积和最大磁密。

Description

一种基于级联全桥的均流电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及直流或交流功率变换技术领域，具体涉及一种基于级联全桥的均流电路及其控制方法。
背景技术
目前，低压储能系统与数据中心等低压大电流的电力电子变换器应用场景正在快速发展。针对低压大电流应用场景，一方面，迅速发展的电力电子功率开关器件正在不断适应应用所需的应力要求，但器件的物理特性具有极限性；另一方面，学术界与工业界正在不断拓宽变换器拓扑结构，目前级联技术的运用较好的满足了低压大电流应用场景的应用需求。在储能领域等背景下，级联技术的发展与均压均流等问题的探讨一直是学术界和工业界的研究热点。
对于LLC或DAB等隔离型DC/DC变换器，将其应用于低压大电流场合需要在变压器副边采取并联绕组与并联开关管的级联技术方式满足大电流应用要求，其问题在于不同绕组与全桥开关管之间的电流均衡实现，由于不同全桥与绕组的线路参数不可能做到完全相同。目前常采用矩阵变压器的方式解决低压大电流绕组并联均流问题，采用将两个或多个参数一致的变压器在原边串联、副边并联，由于变压器原副边电压和电流受匝比的限制，几个变压器副边绕组的电流自然实现均分，又由于开关管分别接在几个变压器的副边绕组，开关管也实现了均流。矩阵变压器的优点在于：1、可以忽视器件与线路参数的细微差别，实现变压器原边均压、副边均流；2、可以减小单个变压器的铁芯规模。但是，矩阵变压器的应用需要多个参数相同的变压器，应用上增加一定限制，此外相比绕组和开关的并联方案，其磁芯体积、占用面积以及磁芯铁损几乎增加一倍；若采用磁集成的方案对矩阵变压器的体积与损耗进行减小，其自然均流特性大大削弱。因此需要寻找一种矩阵变压器框架外的不增加磁芯体积与最大磁密的均流电路方案。
现有技术中，已有以下一些实现级联全桥均流的方法被提出：
(1)公开号为CN111987923A的中国发明专利申请，提出了一种采用矩阵变压器的大功率高升压比直流变换器，原边四个全桥电路通过矩阵变压器可实现自动均流，变换器在全负载范围内可实现软开关，提高变换器效率，但其增加了磁芯的使用，产生了磁芯体积、占用空间以及磁芯铁损均增加的问题。
(2)公开号为CN110890845A的中国发明专利申请，提出一种电力电子变压器级联输出均流控制方法，将N个标准化整流模块的输出端串联且输出端并联，利用分压原理使各部分均匀承担较低电压，但需要通过以输入电压为前馈控制，调整模块的控制参数，非自然的实现均流，增加了控制的复杂度问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种基于级联全桥的均流电路及其控制方法，具体包含基于整数匝或分数匝绕组变压器的级联全桥均流电路及其控制方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
根据本发明的第一个方面，提供了一种基于整数匝绕组变压器的级联全桥均流电路，包括：变压器第一副边绕组、第一全桥电路、第一电容、第一电感、变压器第二副边绕组、第二全桥电路、第二电容、第二电感、变压器第N副边绕组、第N全桥电路、第N电容、第N电感、输出电容以及变压器原边绕组与磁芯；所述N为大于2的正整数；其中，
所述变压器第一副边绕组至所述变压器第N副边绕组均为整数匝，均绕在所述磁芯的中柱上；
所述变压器第一副边绕组同名端和所述第一全桥电路的第一桥臂中点相连，所述变压器第一副边绕组异名端和所述第N全桥电路的第二桥臂中点相连；
所述变压器第二副边绕组同名端和所述第二全桥电路的第一桥臂中点相连，所述变压器第二副边绕组异名端和所述第一全桥电路的第二桥臂中点相连；
所述变压器第N副边绕组同名端和所述第N全桥电路的第一桥臂中点相连，所述变压器第N副边绕组异名端和所述第N-1全桥电路的第二桥臂中点相连；
所述第一电容的正极连接到所述第一全桥电路直流端口的正端，所述第一电容的负极连接到所述第一全桥电路直流端口的负端；所述第一电感的一端和所述第一全桥电路直流端口的正端相连，所述第一电感的另一端连接到所述输出电容的正极；
所述第二电容的正极连接到所述第二全桥电路直流端口的正端，所述第二电容的负极连接到所述第二全桥电路直流端口的负端；所述第二电感的一端和所述第二全桥电路直流端口的正端相连，所述第二电感的另一端连接到所述输出电容的正极；
所述第N电容的正极连接到所述第N全桥电路直流端口的正端，所述第N电容的负极连接到所述第N全桥电路直流端口的负端；所述第N电感的一端和所述第N全桥电路直流端口的正端相连，所述第N电感的另一端连接到所述输出电容的正极；
所述第一全桥电路直流端口的负端和所述输出电容负极相连，所述第二全桥电路直流端口的负端和所述输出电容负极相连，直至所述第N全桥电路直流端口的负端和所述输出电容负极相连。
根据本发明第二个方面，提供一种基于整数匝绕组变压器的级联全桥均流电路的控制方法，包括：
所述第一全桥电路～所述第N全桥电路的第一桥臂的上管即开关管SN-1与下管即开关管SN-3的开关的调制信号互补并有一死区时间；
所述第一全桥电路～所述第N全桥电路的第二桥臂的上管即开关管SN-2与下管即开关管SN-4的开关的调制信号互补并有一死区时间；
所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的第一桥臂的上管与所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的第二桥臂的下管的调制信号同步；
所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的第一桥臂的下管与所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的第二桥臂的上管的调制信号同步；
所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的第一桥臂的上管的调制信号同步；
所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的第一桥臂的下管的调制信号同步。
根据本发明的第三方面，提供一种基于整数匝绕组变压器的级联全桥均流电路的分析方法，包括：
变压器第一副边绕组直至所述变压器第N副边绕组产生的交流电流经过所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的整流后，电流信号分为直流成分与交流成分；
所述直流成分分别经过所述第一电感直至所述第N电感用以提供负载电流，作用在所述输出电容，所述第一电感直至所述第N电感表现为并联形式，形成级联全桥均流电路的直流等效电路；
所述交流成分经过所述第一电容直至所述第N电容，形成串联环路，形成所述变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组串联的级联全桥均流电路的交流等效电路；
所述交流等效电路中，所述变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组串联从而实现所述变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组之间的均流。
根据本发明的第四个方面，提供了一种基于分数匝绕组变压器的级联全桥均流电路，包括：变压器第一副边绕组、第一全桥电路、第一电容、第一电感、变压器第二副边绕组、第二全桥电路、第二电容、第二电感、变压器第三副边绕组等直至变压器第N副边绕组、第N全桥电路、第N电容、第N电感、输出电容以及变压器原边绕组与磁芯；其中，所述N为大于2的偶数；
所述变压器第一副边绕组至所述变压器第N副边绕组均为分数匝，所述变压器第一副边绕组至所述变压器第N副边绕组均穿过在所述磁芯中柱与某一边柱之间形成分数匝；
所述变压器第一副边绕组同名端和所述第一全桥电路的第一桥臂中点相连，所述变压器第一副边绕组异名端和所述第N全桥电路的第二桥臂中点相连；
所述变压器第二副边绕组同名端和所述第二全桥电路的第一桥臂中点相连，所述变压器第二副边绕组异名端和所述第一全桥电路的第二桥臂中点相连；
直至所述变压器第N副边绕组同名端和所述第N全桥电路的第一桥臂中点相连，所述变压器第N副边绕组异名端和所述第N-1全桥电路的第二桥臂中点相连；
所述第一电容的正极连接到所述第一全桥电路直流端口的正端，所述第一电容的负极连接到所述第一全桥电路直流端口的负端；所述第一电感的一端和所述第一全桥电路直流端口的正端相连，所述第一电感的另一端连接到所述输出电容的正极；
所述第二电容的正极连接到所述第二全桥电路直流端口的正端，所述第二电容的负极连接到所述第二全桥电路直流端口的负端；所述第二电感的一端和所述第二全桥电路直流端口的正端相连，所述第二电感的另一端连接到所述输出电容的正极；
直至所述第N电容的正极连接到所述第N全桥电路直流端口的正端，所述第N电容的负极连接到所述第N全桥电路直流端口的负端；所述第N电感的一端和所述第N全桥电路直流端口的正端相连，所述第N电感的另一端连接到所述输出电容的正极；
所述第一全桥电路直流端口的负端和所述输出电容负极相连，所述第二全桥电路直流端口的负端和所述输出电容负极相连，直至所述第N全桥电路直流端口的负端和所述输出电容负极相连。
所述第一电感直至所述第N电感均可以是线路寄生电感或是单独外置的有磁芯的绕组电感。
根据本发明第五个方面，提供一种基于分数匝绕组变压器的级联全桥均流电路的控制方法，包括：
第一全桥电路直至第N全桥电路的第一桥臂的上管与下管的开关的调制信号互补并有一死区时间；
所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的第二桥臂的上管与下管的开关的调制信号互补并有一死区时间；
所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的第一桥臂的上管与所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的第二桥臂的下管的调制信号同步；
所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的第一桥臂的下管与所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的第二桥臂的上管的调制信号同步；
所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的第一桥臂的上管的调制信号同步；
所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的第一桥臂的下管的调制信号同步。
根据本发明的第六个方面，提供一种基于分数匝绕组变压器的级联全桥均流电路的分析方法，包括：
所述变压器第一副边绕组直至所述变压器第N副边绕组产生的交流电流经过所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的整流后，电流信号分为直流成分与交流成分；
所述直流成分分别经过所述第一电感直至所述第N电感用以提供负载电流，作用在所述输出电容，所述第一电感直至所述第N电感表现为并联形式，形成级联全桥均流电路的直流等效电路；
所述交流成分经过所述第一电容直至所述第N电容，形成串联环路，形成所述变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组串联的级联全桥均流电路的交流等效电路；
所述交流等效电路中，所述变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组串联从而实现所述变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组之间的均流。
由于采用了上述技术方案，本发明实施例具有如下至少一种有益效果：
本发明提供的基于整数匝绕组变压器的级联全桥均流电路，与传统的矩阵变压器级联全桥均流电路相比，实现了绕组和全桥开关管的电流均衡且不增加磁芯的体积和最大磁密；
本发明提供的基于分数匝绕组变压器的级联全桥均流电流，与传统的矩阵变压器级联全桥均流电流相比，减小了绕组的长度，实现了绕组和全桥开关管的电流均衡且不增加磁芯的体积和最大磁密；
本发明提供的基于整数匝与分数匝绕组变压器的级联全桥均流电路的控制方法，实现了各变压器副边绕组的电流均衡以及各级联全桥电路的电流均衡。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一优选实施例中基于整数匝绕组变压器的级联全桥均流电路的电路图；
图2为本发明一优选实施例中基于分数匝绕组变压器的级联全桥均流电路的电路图；
图3为本发明一优选实施例中级联全桥均流电路的直流等效电路的电路图；
图4为本发明一优选实施例中级联全桥均流电路的交流等效电路的电路图；
图5为本发明一优选实施例中基于整数匝绕组变压器的全桥串联结构绕组分布图；
图6为本发明一优选实施例中基于分数匝绕组变压器的全桥串联结构绕组分布图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种基于整数匝绕组变压器的级联全桥均流电路，并提供基于整数匝绕组变压器的全桥串联结构绕组分布，同时提供一种基于分数匝绕组变压器的级联全桥均流电路，并提供基于分数匝绕组变压器的全桥串联结构绕组分布，解决了级联全桥的电流均衡问题。
如图1所示，为本发明一实施例提供的基于整数匝绕组变压器的级联全桥均流电路的电路图。
请参考图1，本实施例提供了一种基于整数匝绕组变压器的级联全桥均流电路，包括：变压器第一副边绕组Ns-1、第一全桥电路H1、第一电容C1、第一电感L1、变压器第二副边绕组Ns-2、第二全桥电路H2、第二电容C2、第二电感L2、变压器第三副边绕组Ns-3等直至变压器第N副边绕组Ns-N、第N全桥电路HN、第N电容CN、第N电感LN、输出电容Co以及变压器原边绕组Np与磁芯；N为大于2的正整数。
如图1所示，变压器第一副边绕组Ns-1同名端接到第一全桥电路H1的第一桥臂中点，异名端接到第N全桥电路HN的第二桥臂中点；变压器第二副边绕组Ns-2同名端接到第二全桥电路H2的第一桥臂中点，异名端接到第一全桥电路H1的第二桥臂中点；变压器第N副边绕组Ns-N同名端接到第N全桥电路HN的第一桥臂中点，异名端接到第N-1全桥电路HN-1的第二桥臂中点；第一全桥电路H1直流端口与第一电容C1并联，正端与第一电感L1的第一端点相连接；第二全桥电路H2直流端口与第二电容C2并联，正端与第二电感L2的第一端点相连接；第N全桥电路HN直流端口与第N电容CN并联，正端与第N电感LN的第一端点相连接；第一电感L1、第二电感L2直至第N电感LN的第二端点相连接，并与输出电容Co的正端相连接；第一全桥电路H1、第二全桥电路H2直至第N全桥电路HN直流端口的负端相连，并与输出电容Co的负端相连接。
以上第一全桥电路H1～第N全桥电路HN的电路结构相同，均由四个开关管构成，为了说明它们的连接关系，以第一全桥电路H1、第N全桥电路HN的具体电路连接进行说明，其他全桥电路以此类推即可。
具体的，第一全桥电路H1由四个开关管组成，分别记为开关管S1-1、开关管S1-2、开关管S1-3和开关管S1-4，开关管S1-1的漏极连接到第一全桥电路直流端口的正端，开关管S1-3的源极连接到第一全桥电路直流端口的负端，开关管S1-1的源极和开关管S1-3的漏极相连，开关管S1-2的漏极连接到第一全桥电路直流端口的正端，开关管S1-4的源极连接到第一全桥电路直流端口的负端，开关管S1-2的源极和开关管S1-4的漏极相连；开关管S1-1的源极连接变压器第一副边绕组的同名端，开关管S1-2的源极连接变压器第二副边绕组的异名端；
直至第N全桥电路HN由四个开关管SN-1～SN-4构成，开关管SN-1的漏极连接到第一全桥电路直流端口的正端，开关管SN-3的源极连接到第一全桥电路直流端口的负端，开关管SN-1的源极和开关管SN-3的漏极相连，开关管SN-2的漏极连接到第一全桥电路直流端口的正端，开关管SN-4的源极连接到第一全桥电路直流端口的负端，开关管SN-2的源极和开关管SN-4的漏极相连；开关管SN-1的源极连接变压器第N副边绕组的同名端，开关管SN-2的源极连接变压器第一副边绕组的异名端。
上述实施例中，第一电感L1至所述第N电感LN均可以是线路寄生电感或是单独外置的有磁芯的绕组电感。
由上述可见，本发明提供的基于整数匝绕组变压器的级联全桥均流电路，与传统的矩阵变压器级联全桥均流电路相比，实现了绕组和全桥开关管的电流均衡且不增加磁芯的体积和最大磁密。
具体的，在一实施例中，提供上述的基于整数匝绕组变压器的级联全桥均流电路的控制方法，该控制方法主要针对第一全桥电路H1～第N全桥电路HN的电路中开关管的控制。具体的，控制方法包括：
第一全桥电路H1～第N全桥电路HN的第一桥臂的上管与下管的开关的调制信号互补并有一死区时间；
第一全桥电路H1～第N全桥电路HN的第二桥臂的上管与下管的开关的调制信号互补并有一死区时间；
第一全桥电路H1～第N全桥电路HN的第一桥臂的上管与第一全桥电路直至第N全桥电路的第二桥臂的下管的调制信号同步；
第一全桥电路H1～第N全桥电路HN的第一桥臂的下管与第一全桥电路直至第N全桥电路的第二桥臂的上管的调制信号同步；
第一全桥电路H1～第N全桥电路HN的第一桥臂的上管的调制信号同步；
第一全桥电路H1～第N全桥电路HN的第一桥臂的下管的调制信号同步。
具体的，在一具体实施例中，将控制方法转化为开关管的驱动信号时序，包括：
设定开关管S1-1～SN-1和开关管S1-3～SN-3的占空比为0.5，两者互补导通且设置死区时间，假设开关管S1-1～SN-1的上升沿为初始时间；
设定开关管S1-2～SN-2和开关管S1-4～SN-4的占空比为0.5，两者互补导通且设置死区时间，设定开关管S1-4～SN-4的驱动信号与开关管S1-1～SN-1同步。
本实施例上述电路，通过对N个全桥电路的开关管的控制，实现N个变压器副边绕组Ns-1～Ns-N与第一电容C1直至第N电容CN串联，从而实现各个全桥电路的电流相同，解决了级联全桥的电流均衡问题。当然，以上是一个优选实施例，在其他实施例中，也可以是其他的参数和设置，不局限于上述实施例。
基于图1所示的上述的基于整数匝绕组变压器的级联全桥均流电路，在另一实施例中，还提供一种分析方法，用于对该电路进行分析。该分析方法首先建立图1所示的级联全桥均流电路的直流等效电路；再建立起对应的级联全桥均流电路的交流等效电路；通过对直流等效电路和交流等效电路实现对整个电路的分析。
具体的，如图3所示，变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组产生的交流电流经过第一全桥电路直至第N全桥电路的整流后，电流信号中的直流成分；其中，直流成分分别经过第一电感直至第N电感用以提供负载电流，作用在输出电容，第一电感直至第N电感表现为并联形式，形成级联全桥均流电路的直流等效电路；
变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组产生的交流电流经过第一全桥电路直至第N全桥电路的整流后，电流信号中的交流成分；交流成分经过第一电容直至第N电容，形成串联环路，形成变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组串联的级联全桥均流电路的交流等效电路；
交流等效电路中由于变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组串联从而实现变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组之间的均流。
如图2所示，为本发明一实施例提供的基于分数匝绕组变压器的级联全桥均流电路的电路图。
请参考图2，本实施例提供了一种基于分数匝绕组变压器的级联全桥均流电路，包括：变压器第一副边绕组Ns-1、第一全桥电路H1、第一电容C1、第一电感L1、变压器第二副边绕组Ns-2、第二全桥电路H2、第二电容C2、第二电感L2、变压器第三副边绕组Ns-3等直至变压器第N副边绕组Ns-N、第N全桥电路HN、第N电容CN、第N电感LN、输出电容Co以及变压器原边绕组Np与磁芯；所述N为大于2的偶数。
变压器第一副边绕组Ns-1同名端接到第一全桥电路H1的第一桥臂中点，异名端接到第N全桥电路HN的第二桥臂中点；变压器第二副边绕组Ns-2同名端接到第二全桥电路H2的第一桥臂中点，异名端接到第一全桥电路H1的第二桥臂中点；变压器第N副边绕组Ns-N同名端接到第N全桥电路HN的第一桥臂中点，异名端接到第N-1全桥电路HN-1的第二桥臂中点；第一全桥电路H1直流端口与第一电容C1并联，正端与第一电感L1的第一端点相连接；第二全桥电路H2直流端口与第二电容C2并联，正端与第二电感L2的第一端点相连接；第N全桥电路HN直流端口与第N电容CN并联，正端与第N电感LN的第一端点相连接；第一电感L1、第二电感L2直至第N电感LN的第二端点相连接，并与输出电容Co的正端相连接；第一全桥电路H1、第二全桥电路H2直至第N全桥电路HN直流端口的负端相连，并与输出电容Co的负端相连接。
以上第一全桥电路H1～第N全桥电路HN的电路结构相同，均由四个开关管构成，为了说明它们的连接关系，以第一全桥电路H1、第N全桥电路HN的具体电路连接进行说明，其他全桥电路以此类推即可。
具体的，第一全桥电路H1由四个开关管组成，分别记为开关管S1-1、开关管S1-2、开关管S1-3和开关管S1-4，开关管S1-1的漏极连接到第一全桥电路直流端口的正端，开关管S1-3的源极连接到第一全桥电路直流端口的负端，开关管S1-1的源极和开关管S1-3的漏极相连，开关管S1-2的漏极连接到第一全桥电路直流端口的正端，开关管S1-4的源极连接到第一全桥电路直流端口的负端，开关管S1-2的源极和开关管S1-4的漏极相连；开关管S1-1的源极连接变压器第一副边绕组的同名端，开关管S1-2的源极连接变压器第二副边绕组的异名端；
直至第N全桥电路HN由四个开关管SN-1～SN-4构成，开关管SN-1的漏极连接到第一全桥电路直流端口的正端，开关管SN-3的源极连接到第一全桥电路直流端口的负端，开关管SN-1的源极和开关管SN-3的漏极相连，开关管SN-2的漏极连接到第一全桥电路直流端口的正端，开关管SN-4的源极连接到第一全桥电路直流端口的负端，开关管SN-2的源极和开关管SN-4的漏极相连；开关管SN-1的源极连接变压器第N副边绕组的同名端，开关管SN-2的源极连压器第一副边绕组的异名端。
本实施例中，所述第一电感直至所述第N电感均可以是线路寄生电感或是单独外置的有磁芯的绕组电感。
本发明上述实施例提供的基于分数匝绕组变压器的级联全桥均流电流，与传统的矩阵变压器级联全桥均流电流相比，减小了绕组的长度，实现了绕组和全桥开关管的电流均衡且不增加磁芯的体积和最大磁密。
在另一实施例中，基于上述的基于分数匝绕组变压器的级联全桥均流电路，还提供了对应的控制方法，该控制方法主要针对第一全桥电路H1～第N全桥电路HN的电路中开关管的控制。具体的，控制方法包括：
第一全桥电路H1～第N全桥电路HN的第一桥臂的上管与下管的开关的调制信号互补并有一定死区时间；
第一全桥电路H1～第N全桥电路HN的第二桥臂的上管与下管的开关的调制信号互补并有一定死区时间；
第一全桥电路H1～第N全桥电路HN的第一桥臂的上管与第一全桥电路直至第N全桥电路的第二桥臂的下管的调制信号同步；
第一全桥电路H1～第N全桥电路HN的第一桥臂的下管与第一全桥电路直至第N全桥电路的第二桥臂的上管的调制信号同步；
第一全桥电路H1～第N全桥电路HN的第一桥臂的上管的调制信号同步；
第一全桥电路H1～第N全桥电路HN的第一桥臂的下管的调制信号同步。
具体的，在一实施例中，将上述基于分数匝绕组变压器的级联全桥均流电路的控制方法转化为开关管的驱动信号时序，包括：
设定开关管S1-1～SN-1和开关管S1-3～SN-3的占空比为0.5，两者互补导通且设置死区时间，假设所述开关管S1-1～SN-1的上升沿为初始时间；
设定开关管S1-2～SN-2和开关管S1-4～SN-4的占空比为0.5，两者互补导通且设置死区时间，设定所述开关管S1-4～SN-4的驱动信号与所述开关管S1-1～SN-1同步。
本实施例上述电路，通过对N个全桥电路的开关管的控制，实现N个变压器副边绕组Ns-1～Ns-N与第一电容C1直至第N电容CN串联，从而实现各个全桥电路的电流相同，解决了级联全桥的电流均衡问题。当然，以上是一个优选实施例，在其他实施例中，也可以是其他的参数和设置，不局限于上述实施例。
对应的，基于图2所示的上述的基于分数匝绕组变压器的级联全桥均流电路，在另一实施例中，还提供一种分析方法，用于对该电路进行分析。该分析方法首先建立图2所示的级联全桥均流电路的直流等效电路；再建立起对应的级联全桥均流电路的交流等效电路；通过对直流等效电路和交流等效电路实现对整个电路的分析。
具体的，如图3所示，变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组产生的交流电流经过第一全桥电路直至第N全桥电路的整流后，电流信号中的直流成分；直流成分分别经过第一电感直至第N电感用以提供负载电流，作用在输出电容，第一电感直至第N电感表现为并联形式，形成级联全桥均流电路的直流等效电路；
变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组产生的交流电流经过第一全桥电路直至第N全桥电路的整流后，电流信号中的交流成分；交流成分经过第一电容直至第N电容，形成串联环路，形成变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组串联的级联全桥均流电路的交流等效电路；
交流等效电路中由于变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组串联从而实现变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组之间的均流。
如图3所示，为本发明一实施例提供的级联全桥均流电路的直流等效电路的电路图，其中的元件均来自图1所述基于整数匝绕组变压器的级联全桥均流电路或图2所示的基于分数匝绕组变压器的级联全桥均流电路。
请参考图3，本实施例的级联全桥均流电路的直流等效电路，其中直流成分为变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组产生的交流电流经过第一全桥电路直至第N全桥电路的整流后电流信号中的直流成分，结构为：
直流成分分别经过第一电感L1直至第N电感LN用以提供负载电流，作用在输出电容Co，第一电感L1直至第N电感LN表现为并联形式，形成级联全桥均流电路的直流等效电路。
如图4所示，为本发明一实施例提供的级联全桥均流电路的交流等效电路的电路图，其中的元件均来自图1所述基于整数匝绕组变压器的级联全桥均流电路或图2所示的基于分数匝绕组变压器的级联全桥均流电路。
请参考图4，本实施例的级联全桥均流电路的交流等效电路，其中交流成分为变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组产生的交流电流经过第一全桥电路直至第N全桥电路的整流后电流信号中的交流成分，结构为：
交流成分经过第一电容C1直至第N电容CN，形成串联环路，形成变压器第一副边绕组Ns-1直至变压器第N副边绕组Ns-N串联的级联全桥均流电路的交流等效电路，将第一电容C1直至第N电容CN合并成为C/N。
图5为本发明一具体应用实例中基于整数匝绕组变压器的全桥串联结构绕组分布图。
请参考图5，本实施例的基于整数匝绕组变压器的全桥串联结构绕组分布，变压器副边绕组数为4，具体实现为：将变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组均整数的绕在磁芯的中柱上。
图6为本发明一具体应用实例中基于分数匝绕组变压器的全桥串联结构绕组分布图。
请参考图6，本实施例的基于分数匝绕组变压器的全桥串联结构绕组分布，变压器副边绕组数为4，具体实现为：将变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组均穿过磁芯的中柱与某一边柱，每一绕组可视为半匝。
通过上述实施例，本发明提供的电路和控制方法，能实现对绕组和开关的电流均衡，不增加变压器磁芯的体积和最大磁密，解决了现有技术问题，同时，实现了各变压器副边绕组的电流均衡以及各级联全桥电路的电流均衡。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种基于整数匝绕组变压器的级联全桥均流电路，其特征在于，包括：变压器第一副边绕组、第一全桥电路、第一电容、第一电感、变压器第二副边绕组、第二全桥电路、第二电容、第二电感、变压器第N副边绕组、第N全桥电路、第N电容、第N电感、输出电容以及变压器原边绕组与磁芯；所述N为大于2的正整数；其中，
所述变压器第一副边绕组至所述变压器第N副边绕组均为整数匝，均绕在所述磁芯的中柱上；
所述变压器第一副边绕组同名端和所述第一全桥电路的第一桥臂中点相连，所述变压器第一副边绕组异名端和所述第N全桥电路的第二桥臂中点相连；
所述变压器第二副边绕组同名端和所述第二全桥电路的第一桥臂中点相连，所述变压器第二副边绕组异名端和所述第一全桥电路的第二桥臂中点相连；
所述变压器第N副边绕组同名端和所述第N全桥电路的第一桥臂中点相连，所述变压器第N副边绕组异名端和所述第N-1全桥电路的第二桥臂中点相连；
所述第一电容的正极连接到所述第一全桥电路直流端口的正端，所述第一电容的负极连接到所述第一全桥电路直流端口的负端；所述第一电感的一端和所述第一全桥电路直流端口的正端相连，所述第一电感的另一端连接到所述输出电容的正极；
所述第二电容的正极连接到所述第二全桥电路直流端口的正端，所述第二电容的负极连接到所述第二全桥电路直流端口的负端；所述第二电感的一端和所述第二全桥电路直流端口的正端相连，所述第二电感的另一端连接到所述输出电容的正极；
所述第N电容的正极连接到所述第N全桥电路直流端口的正端，所述第N电容的负极连接到所述第N全桥电路直流端口的负端；所述第N电感的一端和所述第N全桥电路直流端口的正端相连，所述第N电感的另一端连接到所述输出电容的正极；
所述第一全桥电路直流端口的负端和所述输出电容负极相连，所述第二全桥电路直流端口的负端和所述输出电容负极相连，直至所述第N全桥电路直流端口的负端和所述输出电容负极相连。
2.根据权利要求1所述的基于整数匝绕组变压器的级联全桥均流电路，其特征在于，所述第一电感直至所述第N电感均是线路寄生电感或是单独外置的有磁芯的绕组电感。
3.根据权利要求1所述的基于整数匝绕组变压器的级联全桥均流电路，其特征在于，所述第一全桥电路～所述第N全桥电路，每个全桥电路相同，均由四个开关管组成，其中：
所述第一全桥电路由四个开关管S1-1～S1-4构成，所述开关管S1-1的漏极连接到所述第一全桥电路直流端口的正端，所述开关管S1-3的源极连接到所述第一全桥电路直流端口的负端，所述开关管S1-1的源极和所述开关管S1-3的漏极相连，所述开关管S1-2的漏极连接到所述第一全桥电路直流端口的正端，所述开关管S1-4的源极连接到所述第一全桥电路直流端口的负端，所述开关管S1-2的源极和所述开关管S1-4的漏极相连；所述开关管S1-1的源极连接所述变压器第一副边绕组的同名端，所述开关管S1-2的源极连接所述变压器第二副边绕组的异名端；
所述第N全桥电路由四个开关管SN-1～SN-4构成，所述开关管SN-1的漏极连接到所述第一全桥电路直流端口的正端，所述开关管SN-3的源极连接到所述第一全桥电路直流端口的负端，所述开关管SN-1的源极和所述开关管SN-3的漏极相连，所述开关管SN-2的漏极连接到所述第一全桥电路直流端口的正端，所述开关管SN-4的源极连接到所述第一全桥电路直流端口的负端，所述开关管SN-2的源极和所述开关管SN-4的漏极相连；所述开关管SN-1的源极连接所述变压器第N副边绕组的同名端，所述开关管SN-2的源极连接所述变压器第一副边绕组的异名端。
4.一种权利要求3所述的基于整数匝绕组变压器的级联全桥均流电路的控制方法，其特征在于，包括：
所述第一全桥电路～所述第N全桥电路的第一桥臂的上管即开关管SN-1与下管即开关管SN-3的开关的调制信号互补并有一死区时间；
所述第一全桥电路～所述第N全桥电路的第二桥臂的上管即开关管SN-2与下管即开关管SN-4的开关的调制信号互补并有一死区时间；
所述第一全桥电路～所述第N全桥电路的第一桥臂的上管与所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的第二桥臂的下管的调制信号同步；
所述第一全桥电路～所述第N全桥电路的第一桥臂的下管与所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的第二桥臂的上管的调制信号同步；
所述第一全桥电路～所述第N全桥电路的第一桥臂的上管的调制信号同步；
所述第一全桥电路～所述第N全桥电路的第一桥臂的下管的调制信号同步。
5.一种权利要求1-3任一项所述的基于整数匝绕组变压器的级联全桥均流电路的分析方法，其特征在于，包括：
变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组产生的交流电流经过第一全桥电路至第N全桥电路的整流后，电流信号分为直流成分与交流成分；
所述直流成分分别经过第一电感直至第N电感用以提供负载电流，作用在输出电容，所述第一电感直至所述第N电感表现为并联形式，形成级联全桥均流电路的直流等效电路；
所述交流成分经过第一电容直至第N电容，形成串联环路，形成所述变压器第一副边绕组至变压器第N副边绕组串联的级联全桥均流电路的交流等效电路；
所述交流等效电路中，所述变压器第一副边绕组至变压器第N副边绕组串联从而实现所述变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组之间的均流。
6.一种基于分数匝绕组变压器的级联全桥均流电路，其特征在于，包括：变压器第一副边绕组、第一全桥电路、第一电容、第一电感、变压器第二副边绕组、第二全桥电路、第二电容、第二电感、变压器第三副边绕组等直至变压器第N副边绕组、第N全桥电路、第N电容、第N电感、输出电容以及变压器原边绕组与磁芯；所述N为大于2的偶数；其中，
所述变压器第一副边绕组至所述变压器第N副边绕组均为分数匝，所述变压器第一副边绕组至所述变压器第N副边绕组均穿过在所述磁芯中柱与某一边柱之间形成分数匝；
所述变压器第一副边绕组同名端和所述第一全桥电路的第一桥臂中点相连，所述变压器第一副边绕组异名端和所述第N全桥电路的第二桥臂中点相连；
所述变压器第二副边绕组同名端和所述第二全桥电路的第一桥臂中点相连，所述变压器第二副边绕组异名端和所述第一全桥电路的第二桥臂中点相连；
所述变压器第N副边绕组同名端和所述第N全桥电路的第一桥臂中点相连，所述变压器第N副边绕组异名端和所述第N-1全桥电路的第二桥臂中点相连；
所述第一电容的正极连接到所述第一全桥电路直流端口的正端，所述第一电容的负极连接到所述第一全桥电路直流端口的负端；所述第一电感的一端和所述第一全桥电路直流端口的正端相连，所述第一电感的另一端连接到所述输出电容的正极；
所述第二电容的正极连接到所述第二全桥电路直流端口的正端，所述第二电容的负极连接到所述第二全桥电路直流端口的负端；所述第二电感的一端和所述第二全桥电路直流端口的正端相连，所述第二电感的另一端连接到所述输出电容的正极；
直至所述第N电容的正极连接到所述第N全桥电路直流端口的正端，所述第N电容的负极连接到所述第N全桥电路直流端口的负端；所述第N电感的一端和所述第N全桥电路直流端口的正端相连，所述第N电感的另一端连接到所述输出电容的正极；
所述第一全桥电路直流端口的负端和所述输出电容负极相连，所述第二全桥电路直流端口的负端和所述输出电容负极相连，直至所述第N全桥电路直流端口的负端和所述输出电容负极相连。
7.根据权利要求6所述的基于分数匝绕组变压器的级联全桥均流电路，其特征在于，所述第一电感直至所述第N电感均是线路寄生电感或是单独外置的有磁芯的绕组电感。
8.根据权利要求7所述的基于分数匝绕组变压器的级联全桥均流电路，其特征在于，所述第一全桥电路～所述第N全桥电路，每个全桥电路相同，均由四个开关管组成，其中：
所述第一全桥电路由四个开关管S1-1～S1-4构成，所述开关管S1-1的漏极连接到所述第一全桥电路直流端口的正端，所述开关管S1-3的源极连接到所述第一全桥电路直流端口的负端，所述开关管S1-1的源极和所述开关管S1-3的漏极相连，所述开关管S1-2的漏极连接到所述第一全桥电路直流端口的正端，所述开关管S1-4的源极连接到所述第一全桥电路直流端口的负端，所述开关管S1-2的源极和所述开关管S1-4的漏极相连；所述开关管S1-1的源极连接所述变压器第一副边绕组的同名端，所述开关管S1-2的源极连接所述变压器第二副边绕组的异名端；
所述第N全桥电路由四个开关管SN-1～SN-4构成，所述开关管SN-1的漏极连接到所述第一全桥电路直流端口的正端，所述开关管SN-3的源极连接到所述第一全桥电路直流端口的负端，所述开关管SN-1的源极和所述开关管SN-3的漏极相连，所述开关管SN-2的漏极连接到所述第一全桥电路直流端口的正端，所述开关管SN-4的源极连接到所述第一全桥电路直流端口的负端，所述开关管SN-2的源极和所述开关管SN-4的漏极相连；所述开关管SN-1的源极连接所述变压器第N副边绕组的同名端，所述开关管SN-2的源极连接所述变压器第一副边绕组的异名端。
9.一种权利要求8所述的基于分数匝绕组变压器的级联全桥均流电路的控制方法，其特征在于，包括：
所述第一全桥电路～所述第N全桥电路的第一桥臂的上管与下管的开关的调制信号互补并有一死区时间；
所述第一全桥电路～所述第N全桥电路的第二桥臂的上管与下管的开关的调制信号互补并有一死区时间；
所述第一全桥电路～所述第N全桥电路的第一桥臂的上管与所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的第二桥臂的下管的调制信号同步；
所述第一全桥电路～所述第N全桥电路的第一桥臂的下管与所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的第二桥臂的上管的调制信号同步；
所述第一全桥电路～所述第N全桥电路的第一桥臂的上管的调制信号同步；
所述第一全桥电路～所述第N全桥电路的第一桥臂的下管的调制信号同步。
10.一种权利要求6-8任一项所述的基于分数匝绕组变压器的级联全桥均流电路的分析方法，其特征在于，包括：
所述变压器第一副边绕组直至所述变压器第N副边绕组产生的交流电流经过所述第一全桥电路直至所述第N全桥电路的整流后，电流信号分为直流成分与交流成分；
所述直流成分分别经过所述第一电感直至所述第N电感用以提供负载电流，作用在所述输出电容，所述第一电感直至所述第N电感表现为并联形式，形成级联全桥均流电路的直流等效电路；
所述交流成分经过所述第一电容直至所述第N电容，形成串联环路，形成所述变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组串联的级联全桥均流电路的交流等效电路；
所述交流等效电路中，所述变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组串联从而实现所述变压器第一副边绕组直至变压器第N副边绕组之间的均流。
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