CN117616675A - 转换器电路 - Google Patents

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佩德罗·安德烈·马丁斯·贝塞拉
皮尼万·蒂万卡·班达拉·维耶孔
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Abstract

本发明涉及一种转换器电路。所述转换器电路包括n个输入端口；一个输出端口；n个三端口转换器(three port converter，TPC)，每个TPC具有第一端口、第二端口和第三端口；以及m个其它转换器，每个其它转换器具有两个端口或三个端口；其中，n≥2且m≥1。每个TPC的所述第一端口电连接到所述n个输入端口中的相应输入端口。每个TPC的所述第二端口的并联连接电连接到所述输出端口。每个TPC的所述第三端口电连接到所述m个其它转换器中的每个其它转换器的所述两个端口或三个端口中的第一端口。所述m个其它转换器中的每个其它转换器的所述两个端口或三个端口中的第二端口电连接到所述n个输入端口中的一个输入端口或所述输出端口。

Description

转换器电路
技术领域
本发明涉及一种转换器电路。术语“功率转换器”可用作术语“转换器”的同义词。因此，转换器电路可以称为“功率转换器电路”。在本发明中，术语“功率”和“电功率”用作同义词。
背景技术
转换器在电力电子技术中用于功率转换。转换器可以将第一功率转换为第二功率。例如，转换器可以将AC功率转换为DC功率。在这种情况下，转换器是AC-DC转换器。转换器可以将DC功率转换为另一个DC功率。在这种情况下，转换器是DC-DC转换器。
发明内容
由于微处理器的功率需求增加，需要前端AC-DC服务器电源和DC-DC服务器电源，包括：非常高的功率密度和效率；为冗余目的的多个输入；电源端口之间的电流隔离；和/或掉电保持时间能力。
鉴于上述情况，本发明旨在提供一种可以提供AC-DC电源和/或DC-DC电源的转换器电路。本发明的目的是提供一种实现AC-DC电源和DC-DC电源的上述特性中的至少一个的转换器电路。
这些和其它目的是通过独立权利要求中描述的本发明的方案来实现的。有利的实现方式在从属权利要求中进一步定义。
本发明的一方面提供了一种转换器电路。所述转换器电路包括n个输入端口；一个输出端口；n个三端口转换器(three port converter，TPC)，每个TPC具有第一端口、第二端口和第三端口；以及m个其它转换器，每个其它转换器具有两个端口或三个端口；其中，n是等于或大于2的整数(n≥2)，m是等于或大于1的整数(m≥1)。所述n个TPC中的每个TPC的所述第一端口电连接到所述n个输入端口中的相应输入端口。所述n个TPC中的每个TPC的所述第二端口的并联连接电连接到所述输出端口。所述n个TPC中的每个TPC的所述第三端口电连接到所述m个其它转换器中的每个其它转换器的所述两个端口或三个端口中的第一端口。所述m个其它转换器中的每个其它转换器的所述两个端口或三个端口中的第二端口电连接到所述n个输入端口中的一个输入端口或所述输出端口。
该转换器电路可以称为多输入转换器电路。
术语“功率转换器”可用作术语“转换器”的同义词。因此，术语“双端口功率转换器”和“三端口功率转换器”可以分别用作术语“双端口转换器”和“三端口转换器”的同义词。
转换器电路可以用作电源电路，即电源。因此，转换器电路也可以称为多输入电源电路或多输入电源。根据n个TPC和可选的m个其它转换器的类型，转换器电路可以是多输入DC-DC电源(电路)或多输入AC-DC电源(电路)。
换句话说，本发明的方面提出实现多输入电源(例如，多输入DC-DC电源或多输入AC-DC电源)，该多输入电源组合两个或两个以上三端口转换器(three port converter，TPC)和具有两个端口或三个端口的一个或多个其它转换器。m个其它转换器可以称为m个部分功率转换器(partial power converter，PPC)。
转换器电路可以为需要掉电保持时间的应用实现高效紧凑的多输入隔离电源。n个TPC和m个其它转换器的布置支持TPC处理可提供给转换器电路的n个输入端口的总功率的大部分，并支持m个其它转换器处理总功率的一部分，用于控制，可选地调节可在转换器的输出端口提供的电压(输出电压)(当总功率提供给n个输入端口时)。
m个其它转换器可以控制，可选地调节可由转换器电路的输出端口提供的输出电压。在下文中，可由转换器电路的输出端口提供的电压(即输出电压)称为“输出电压”。由于m个其它转换器可用于控制，可选地调节输出电压，因此n个TPC可以在最佳条件(即恒定切换频率)下运行，并处理可提供给转换器电路的n个输入端口的总功率的大部分。这提高了整体效率并简化了控制方案。
在DC输入(例如，转换器电路是DC-DC转换器电路)，即DC功率(例如DC输入电压)提供给转换器电路的n个输入端口的情况下，在转换器电路的掉电保持时间期间，可以使用来自n个TPC的输入缓冲电容器的更多的能量，因为m个其它转换器可以控制，可选地调节，输出电压(即，可以将n个TPC的输入缓冲电容器上的电压降低到与传统情况相比低得多的值，因为传统情况不控制输出电压)。因此，转换器电路的能量开销较小，这支持在n个TPC中使用较小的缓冲电容器。
由于m个其它转换器和n个TPC的布置仅支持m个其它转换器(在转换器电路的运行期间)处理功率的一部分(即，小部分)，因此m个其它转换器可以针对功率密度进行优化，并以比n个TPC更高的切换频率运行。这可以减小m个其它转换器的尺寸，增加用于控制转换器电路运行的输出电压控制器的带宽，并减少转换器电路的输出端口或n个输入端口处的电压纹波(取决于m个其它转换器中的每个其它转换器的两个端口或三个端口中的第二端口的电连接)。
在AC输入(例如，转换器电路是AC-DC转换器电路)，即AC功率(例如AC输入电压)提供到转换器电路的n个输入端口的情况下，可以可选地以并联的方式电连接到n个TPC中的每个TPC的第三端口的可选的电容器可用于提供在转换器电路的掉电保持时间期间(即在转换器电路的运行期间)使用的能量。在n个TPC的第三端口中或在第三端口处不存在电容器的情况下(即，在n个TPC在第三端口中或在第三端口处不包括电容器的情况下)，转换器电路可以包括上述电容器。可选的电容器可以称为公共总线电容器。包括其它转换器和n个TPC的转换器电路的可选布置支持可选电容器(可选的公共总线电容器)由所有转换器共享。这可以减小转换器电路的尺寸。
包括m个其它转换器和n个TPC的转换器电路支持使用直接AC-DC转换器，以在需要在需要掉电保持时间能力的应用中使用转换器电路的情况下实现n个TPC。这可以减小转换器电路的总体尺寸。
n个TPC和m个其它转换器各自可以理解为转换器是主动切换转换器或包括一个或多个主动切换转换器。即，TPC或其它转换器包括一个或多个开关，用于控制相应转换器的功能(即一个或多个输入功率转换为一个或多个输出功率)。TPC可以包括一个或多个无源组件，例如一个或多个电感器和/或一个或多个电容器，以串联和/或并联的方式电连接到其任何端子，用于支持或实现功率转换和/或滤波。TPC或其它转换器的功能可以是DC-DC转换(即，将一个或多个输入DC功率转换为一个或多个输出DC功率)或AC-DC转换(即，将一个或多个输入AC功率转换为一个或多个输出AC功率)。相应转换器的一个或多个开关可以是一个或多个晶体管，例如一个或多个场效应晶体管(field effect transistor，FET)，例如一个或多个金属氧化物半导体FET；一个或多个双极型晶体管(bipolar junctiontransistor，BJT)；一个或多个绝缘栅极双极晶体管(insulated gate bipolartransistor，IGBT)等。
TPC可以由三个双端口转换器实现，即三个转换器各自具有两个端口。三个双端口转换器各自可以理解为转换器包括或是主动切换转换器。可选地，与TPC的第一端口关联的TPC的第一双端口转换器和与TPC的第二端口关联的TPC的第二双端口转换器以及与TPC的第三端口关联的TPC的第三双端口转换器电流隔离。可选地，三个双端口转换器可以彼此电流隔离。
TPC的第一转换器可以是DC-AC转换器，TPC的第二转换器和第三转换器可以各自是AC-DC转换器。因此，TPC的第一端口、第二端口和第三端口可以各自是DC端口。在这种情况下，TPC可以是DC-DC转换器。或者，TPC的第一转换器可以是AC-AC转换器，TPC的第二转换器和第三转换器可以各自是AC-DC转换器。因此，TPC的第一端口可以是AC端口，TPC的第二端口和第三端口可以各自是DC端口。在这种情况下，TPC可以是AC-DC转换器。n个TPC可以是电流隔离转换器。电流隔离转换器可以理解为转换器在其一个或多个输入端口与其一个或多个输出端口之间包括电流隔离。
为了实现转换器电路的转换器，即n个TPC(例如TPC的三个转换器)和m个其它转换器，可以使用任何已知的主动切换转换器(例如一个或多个DC-DC转换器、一个或多个AC-DC转换器和/或一个或多个AC-AC转换器)和/或任何已知的无源切换转换器(例如，具有二极管的一个或多个AC-DC转换器)。
m个其它转换器可以用于控制，可选地调节可由转换器电路的输出端口提供的电压(即输出电压)。
由于n个TPC中的每个TPC的第一端口电连接到n个输入端口中的相应输入端口，因此n个TPC的第一端口可以用作转换器电路的输入端(即作为n个输入端口)。
转换器电路可以用于需要从多个输入端口进行高效功率转换的任何应用中。此外，转换器电路可以用于需要电流隔离和/或以下至少一个是所需规格的任何应用中：高功率密度和掉电保持时间能力。这类应用的示例包括服务器电源、不间断电源(uninterruptible power supply，UPS)系统、可再生能源系统、电动汽车(electricvehicle，EV)的电池充电器、微电网等。因此，转换器电路可以是上述示例中的任何一个示例的一部分。
可选地，转换器电路可以用于三相系统。转换器电路可以包括多个输出端口。
在本方面的一种实现方式中，整数m等于1(m＝1)，并且其它转换器具有两个端口。n个TPC中的每个TPC的第三端口可以电连接到其它转换器的两个端口中的第一端口；其它转换器的两个端口中的第二端口可以电连接到输出端口。
这种实现方式的优点是，其它转换器可以直接控制，可选地调节可由转换器电路的输出端口提供的输出电压。另外或或者，其它转换器可以用作功率脉动缓冲器，以减少输出电压纹波(即，可由转换器电路的输出端口提供的输出电压的纹波)。
其它转换器可以用于控制，可选地调节可由转换器电路的输出端口提供的电压(即输出电压)。
由于其它转换器可用于控制，可选地调节输出电压，因此n个TPC可以在最佳条件(即恒定切换频率)下运行，并处理可提供给转换器电路的n个输入端口的总功率的大部分。这提高了整体效率并简化了控制方案。
在DC输入(例如，转换器电路是DC-DC转换器电路)，即DC功率(例如DC输入电压)提供给转换器电路的n个输入端口的情况下，在转换器电路的掉电保持时间期间，可以使用来自n个TPC的输入缓冲电容器的更多的能量，因为其它转换器可以控制，可选地调节，输出电压(即，可以将n个TPC的输入缓冲电容器上的电压降低到与传统情况相比低得多的值，因为传统情况不控制输出电压)。因此，转换器电路的能量开销较小，这支持在n个TPC中使用较小的缓冲电容器。
由于其它转换器和n个TPC的布置仅支持其它转换器(在转换器电路的运行期间)处理功率的一部分(即，小部分)，因此其它转换器可以针对功率密度进行优化，并以比n个TPC更高的切换频率运行。这可以减小其它转换器的尺寸，增加用于控制转换器电路运行的输出电压控制器的带宽，并减少转换器电路输出端口处的电压纹波。
在AC输入(例如，转换器电路是AC-DC转换器电路)，即AC功率(例如AC输入电压)提供到转换器电路的n个输入端口的情况下，可以可选地以并联的方式电连接到n个TPC中的每个TPC的第三端口的可选的电容器可用于提供在转换器电路的掉电保持时间期间(即在转换器电路的运行期间)使用的能量。在n个TPC的第三端口中或在第三端口处不存在电容器的情况下(即，在n个TPC在第三端口中或在第三端口处不包括电容器的情况下)，转换器电路可以包括上述电容器。可选的电容器可以称为公共总线电容器。包括其它转换器和n个TPC的转换器电路的可选布置支持可选电容器(可选的公共总线电容器)由所有转换器共享。这可以减小转换器电路的尺寸。
转换器电路支持使用直接AC-DC转换器，以在需要在需要掉电保持时间能力的应用中使用转换器电路的情况下实现n个TPC。这可以减小转换器电路的总体尺寸。
在所述方面的一种实现方式中，所述其它转换器的所述两个端口的所述第二端口和所述n个TPC中的每个TPC的所述第二端口的所述并联连接以并联的方式电连接到所述输出端口。在这种实现方式中，可以称其它转换器以并联的方式电连接到转换器电路的输出端口。
这种实现方式支持在转换器电路的输出端口上可由n个TPC提供高输出电流。另外或或者，该实现方式支持n个TPC具有电流源特性(即，使用具有电流源特性的TPC)。换句话说，这种实现方式支持转换器电路在其输出端口处理高输出电流和/或n个TPC具有电流源特性。
在所述方面的一种实现方式中，所述其它转换器的所述两个端口的所述第二端口和所述n个TPC中的每个TPC的所述第二端口的所述并联连接的串联连接以并联的方式电连接到所述输出端口。在这种实现方式中，可以称其它转换器以串联的方式电连接到转换器电路的输出端口。
这种实现方式支持在转换器电路的输出端口上可由n个TPC提供高输出电压。另外或或者，该实现方式支持n个TPC具有电压源特性(即，使用具有电压源特性的TPC)。换句话说，这种实现方式支持转换器电路在其输出端口处理高输出电压和/或n个TPC具有电压源特性。
在所述方面的一种实现方式中，所述整数m等于所述整数n(m＝n)，所述m个其它转换器各自具有所述两个端口。n个TPC中的每个TPC的第三端口可以电连接到m个其它转换器中的每个转换器的两个端口中的第一端口；m个其它转换器中的每个转换器的两个端口中的第二端口可以电连接到n个输入端口中的相应输入端口。
这种实现方式的优点是，m个其它转换器可以间接控制，可选地调节可由转换器电路的输出端口提供的输出电压(例如，通过控制，可选地调节可提供给n个输入端口的输入电压)。另外或或者，m个其它转换器可以用作功率脉动缓冲器，以减少输入电压纹波(即，可提供给转换器电路的n个输入端口的输入电压的纹波)。
m个其它转换器可以用于间接控制，可选地调节可由转换器电路的输出端口提供的电压(即输出电压)。
由于m个其它转换器可用于控制，可选地调节输出电压，因此n个TPC可以在最佳条件(即恒定切换频率)下运行，并处理可提供给转换器电路的n个输入端口的总功率的大部分。这提高了整体效率并简化了控制方案。
在DC输入(例如，转换器电路是DC-DC转换器电路)，即DC功率(例如DC输入电压)提供给转换器电路的n个输入端口的情况下，在转换器电路的掉电保持时间期间，可以使用来自n个TPC的输入缓冲电容器的更多的能量，因为m个其它转换器可以控制，可选地调节，输出电压(即，可以将n个TPC的输入缓冲电容器上的电压降低到与传统情况相比低得多的值，因为传统情况不控制输出电压)。因此，转换器电路的能量开销较小，这支持在n个TPC中使用较小的缓冲电容器。
由于m个其它转换器和n个TPC的布置仅支持m个其它转换器(在转换器电路的运行期间)处理功率的一部分(即，小部分)，因此m个其它转换器可以针对功率密度进行优化，并以比n个TPC更高的切换频率运行。这可以减小m个其它转换器的尺寸，增加用于控制转换器电路运行的输出电压控制器的带宽，并减少转换器电路的n个输入端口处的电压纹波。
在AC输入(例如，转换器电路是AC-DC转换器电路)，即AC功率(例如AC输入电压)提供到转换器电路的n个输入端口的情况下，可以可选地以并联的方式电连接到n个TPC中的每个TPC的第三端口的可选的电容器可用于提供在转换器电路的掉电保持时间期间(即在转换器电路的运行期间)使用的能量。在n个TPC的第三端口中或在第三端口处不存在电容器的情况下(即，在n个TPC在第三端口中或在第三端口处不包括电容器的情况下)，转换器电路可以包括上述电容器。可选的电容器可以称为公共总线电容器。包括m个其它转换器和n个TPC的转换器电路的可选布置支持可选电容器(可选的公共总线电容器)由所有转换器共享。这可以减小转换器电路的尺寸。
转换器电路支持使用直接AC-DC转换器，以在需要在需要掉电保持时间能力的应用中使用转换器电路的情况下实现n个TPC。这可以减小转换器电路的总体尺寸。
m个其它转换器可以是m个电流隔离转换器。电流隔离转换器可以理解为转换器在其一个或多个输入端口与其一个或多个输出端口之间包括电流隔离。
在所述方面的一种实现方式中，所述n个TPC中的每个TPC的所述第一端口与所述m个其它转换器中的一个相应其它转换器的所述第二端口以串联的方式电连接。所述相应TPC的所述第一端口和所述相应其它转换器的所述第二端口的每个串联连接可以以并联的方式电连接到所述n个输入端口中的一个相应输入端口。在这种实现方式中，可以称m个其它转换器以串联的方式电连接到转换器电路的n个输入端口。
该实现方式可以控制，可选地调节可提供给转换器电路的n个输入端口的输入电压，从而控制n个TPC中的每个TPC的第一端口上的电压。这可以减少转换器电路的n个输入端口(即在转换器电路的输入侧)处的电压纹波和/或间接控制，可选地调节转换器电路的输出电压。
在所述方面的一种实现方式中，所述n个TPC中的每个TPC的所述第一端口与所述m个其它转换器中的一个相应其它转换器的所述第二端口和所述n个输入端口中的一个相应输入端口以并联的方式电连接。在这种实现方式中，可以称m个其它转换器以并联的方式电连接到转换器电路的n个输入端口。
该实现方式可以控制，可选地调节可提供或注入到转换器电路的n个输入端口的输入电流，从而控制可提供或注入到n个TPC中的每个TPC的第一端口的相应输入电流。这可以减少转换器电路的n个输入端口(即在转换器电路的输入侧)处的电压纹波和/或间接控制，可选地调节转换器电路的输出电压。
在所述方面的一种实现方式中，所述整数n是偶数整数，所述整数m等于所述整数n的一半(m＝n/2)，所述m个其它转换器各自具有所述三个端口。n个TPC中的每个TPC的第三端口可以电连接到m个其它转换器中的每个转换器的三个端口中的第一端口。m个其它转换器中的每个其它转换器的三个端口中的第二端口和第三端口可以各自电连接到n个输入端口中的相应输入端口。
这种实现方式的优点是，m个其它转换器可以间接控制，可选地调节可由转换器电路的输出端口提供的输出电压(例如，通过控制，可选地调节可提供给n个输入端口的输入电压)。另外或或者，m个其它转换器可以用作功率脉动缓冲器，以减少输入电压纹波(即，可提供给转换器电路的n个输入端口的输入电压的纹波)。整数m等于整数n的一半(m＝n/2)的实现方式实现了与整数m等于整数n(m＝n)的实现方式相同的优点。与整数m等于整数n(m＝n)的实现方式相比，使用m个其它转换器，每个其它转换器具有三个端口，m是整数n的一半(m＝n/2)，可以减少用于实现转换器电路的使用的磁性元件的数量。m个其它转换器可以是m个电流隔离转换器。
在所述方面的一种实现方式中，所述n个TPC中第一半的每个TPC的所述第一端口与所述m个其它转换器中的一个相应其它转换器的所述第二端口以串联的方式电连接。n个TPC中第一半的相应TPC的第一端口和相应其它转换器的第二端口的每个串联连接可以以并联的方式电连接到n个输入端口中第一半的相应输入端口。n个TPC中第二半的每个TPC的第一端口可以与m个其它转换器中的一个相应其它转换器的第三端口以串联的方式电连接。n个TPC中第二半的相应TPC的相应第一端口和相应其它转换器的第三端口的每个串联连接可以以并联的方式电连接到n个输入端口中第二半的相应输入端口。在这种实现方式中，可以称m个其它转换器以串联的方式电连接到转换器电路的n个输入端口。
该实现方式可以控制，可选地调节可提供给转换器电路的n个输入端口的输入电压，从而控制n个TPC中的每个TPC的第一端口上的电压。这可以减少转换器电路的n个输入端口(即在转换器电路的输入侧)处的电压纹波和/或控制，可选地调节转换器电路的输出电压。
在所述方面的一种实现方式中，所述n个TPC中第一半的每个TPC的所述第一端口与所述m个其它转换器中的一个相应其它转换器的所述第二端口和所述n个输入端口中第一半的一个相应输入端口以并联的方式电连接。n个TPC中第二半的每个TPC的所述第一端口可以与所述m个其它转换器中的一个相应其它转换器的所述第三端口和所述n个输入端口中第二半的一个相应输入端口以并联的方式电连接。在这种实现方式中，可以称m个其它转换器以并联的方式电连接到转换器电路的n个输入端口。
该实现方式可以控制，可选地调节可提供或注入到转换器电路的n个输入端口的输入电流，从而控制可提供或注入到n个TPC中的每个TPC的第一端口的相应输入电流。这可以减少转换器电路的n个输入端口(即在转换器电路的输入侧)处的电压纹波和/或控制，可选地调节转换器电路的输出电压。
在所述方面的一种实现方式中，所述转换器电路包括电容器，所述电容器与所述n个TPC中的每个TPC的所述第三端口以并联的方式电连接。
可选的电容器可以称为公共总线电容器。可选的电容器可以是公共DC链路电容。可选的电容器可以存储在转换器电路的掉电保持时间期间(即在转换器电路的运行期间)使用的能量。在n个TPC的第三端口中或在第三端口处不存在电容器的情况下(即，在n个TPC在第三端口中或在第三端口处不包括电容器的情况下)，转换器电路可以包括上述电容器。
在所述方面的一种实现方式中，所述n个TPC各自用于在所述第一端口接收第一DC功率，并使用所述第一DC功率在所述第二端口提供第二DC功率和在所述第三端口提供第三DC功率。或者，n个TPC可以各自用于在第一端口接收AC功率，并使用AC功率在第二端口提供第一DC功率和在第三端口提供第二DC功率。
换句话说，TPC的第一端口、第二端口和第三端口可以各自为DC端口。或者，TPC的第一端口可以是AC端口，TPC的第二端口和第三端口可以各自是DC端口。
用于在第一端口接收第一DC功率，并使用第一DC功率在第二端口提供第二DC功率和在第三端口提供第三DC功率的TPC可以称为“DC-DC-DC TPC”。为此，TPC可以由三个双端口转换器实现，其中，与第一端口关联的第一双端口转换器可以是DC-AC转换器(DC侧连接到第一端口)。与TPC的第二端口关联的第二双端口转换器和与TPC的第三端口关联的第三双端口转换器可以各自是AC-DC转换器(DC侧分别连接到第二端口第三端口)。第一双端口转换器可以与第二双端口转换器和第三双端口转换器电流隔离。可选地，三个双端口转换器可以彼此电流隔离。
用于在第一端口接收AC功率，并使用AC功率在第二端口提供第一DC功率和在第三端口提供第二DC功率的TPC可以称为“AC-DC-DC TPC”。为此，TPC可以由三个双端口转换器实现，其中，与第一端口关联的第一双端口转换器可以是AC-AC转换器。与TPC的第二端口关联的第二双端口转换器和与TPC的第三端口关联的第三双端口转换器可以各自是AC-DC转换器(DC侧分别连接到第二端口第三端口)。第一双端口转换器可以与第二双端口转换器和第三双端口转换器电流隔离。可选地，三个双端口转换器可以彼此电流隔离。
在所述方面的一种实现方式中，所述其它转换器是DC-DC转换器。
在所述方面的一种实现方式中，所述m个其它转换器各自是AC-DC转换器或DC-DC转换器。m个其它转换器(例如AC-DC转换器或DC-DC转换器)可以是电流隔离转换器。
在所述方面的一种实现方式中，所述m个其它转换器各自用于在所述第二端口接收第一DC功率和在所述第三端口接收第二DC功率，并使用所述第一DC功率和所述第二DC功率在所述第一端口提供第三DC功率。或者，m个其它转换器可以各自用于在第二端口接收第一AC功率和在第三端口接收第二AC功率，并使用第一AC功率和第二AC功率在第一端口提供第三DC功率。
换句话说，其它转换器的第一端口、第二端口和第三端口可以各自为DC端口。或者，其它转换器的第二端口和第三端口可以各自为AC端口，其它转换器的第一端口可以为DC端口。
对于实现m个其它转换器的上述第一替代方案，其它转换器可以由三个双端口转换器实现，其中，与其它转换器的第二端口关联的第一双端口转换器和与其它转换器的第三端口关联的第二双端口转换器各自可以是DC-AC转换器(DC侧分别连接到第二端口第三端口)。与其它转换器的第一端口关联的第三双端口转换器可以是AC-DC转换器(DC侧连接到第一端口)。第一双端口转换器和第二双端口转换器可以与第三双端口转换器电流隔离。可选地，三个双端口转换器可以彼此电流隔离。
对于实现m个其它转换器的上述第二替代方案，其它转换器可以由三个双端口转换器实现，其中，与其它转换器的第二端口关联的第一双端口转换器和与其它转换器的第三端口关联的第二双端口转换器各自可以是AC-AC转换器。与其它转换器的第一端口关联的第三双端口转换器可以是AC-DC转换器(DC侧连接到第一端口)。第一双端口转换器和第二双端口转换器可以与第三双端口转换器电流隔离。可选地，三个双端口转换器可以彼此电流隔离。
在所述方面的一种实现方式中，所述转换器电路是AC-DC转换器电路或DC-DC转换器电路。
为了实现本发明的方面提供的转换器电路，如上所述，该方面的一些或全部实现方式和可选特征可以相互组合。
本申请中描述的各种实体所执行的所有步骤以及所描述的各种实体要执行的功能均意在指相应实体用于执行相应步骤和功能。虽然在以下具体实施例的描述中，外部实体执行的具体功能或步骤没有在执行具体步骤或功能的实体的具体详述元件的描述中反映，但是技术人员应清楚，这些方法和功能可以通过相应的硬件或软件元件或其任何组合实现。
附图说明
结合所附附图，下面具体实施例的描述将阐述上述各个方面及其实现方式，其中：
图1示出了本发明的实施例提供的转换器电路的示例；
图2示出了本发明的实施例提供的三端口转换器(three port converter，TPC)的示例；
图3至图9分别示出了本发明的实施例提供的转换器电路的示例。
在附图中，对应的元件用相同的附图标记标记。
具体实施方式
图1示出了本发明的实施例提供的转换器电路的示例。图1的转换器电路是如上所述的本发明的方面提供的转换器电路的示例。本发明的方面提供的转换器电路的上文描述对应地适用于图1的转换器电路。
图1的转换器电路1包括两个输入端口IN1和IN2；一个输出端口OUT；两个三端口转换器(three port converter，TPC)2，每个TPC具有第一端口21、第二端口22和第三端口23；以及具有两个端口31和32的其它转换器3。图1所示的输入端口和TPC的数量仅作为示例，并不限制本发明。因此，转换器电路1可以具有n个输入端口和n个TPC 2，其中，n是等于或大于2的整数(n≥2)。图1所示的其它转换器的数量仅作为示例，并不限制本发明。因此，转换器电路1可以具有m个其它转换器，其中，m是等于或大于1的整数(m≥1)。根据图1，其它转换器3具有两个端口31和32。根据图1未示出的另一个示例，m个其它转换器3可以具有三个端口(这在图8和图9中示例性地示出)。以下描述对应地适用于不同数量的输入端口、TPC 2和/或其它转换器3，如图1所示。以下描述对应地适用于一个或多个其它转换器3包括三个端口的情况。
如图1所示，每个TPC 2的第一端口21电连接到输入端口IN1和IN2的相应输入端口。每个TPC 2的第二端口22的并联连接电连接到输出端口OUT。每个TPC 2的第三端口23电连接到其它转换器3的端口31和32中的第一端口31。其它转换器3的端口31和32中的第二端口32电连接到输出端口OUT。或者，其它转换器3(其可以不同地实现)可以电连接到转换器电路1的两个输入端口IN1和IN2(如图8和图9中示例性所示)。TPC 2可以是DC-DC-DC TPC或AC-DC-DC TPC，如图1所示。
图2示出了本发明的实施例提供的三端口转换器(three port converter，TPC)的示例。图2示出了可用于图1和图3至图9中任一个的转换器电路中的TPC的实现方式的示例。
如图2所示，TPC 2可以是DC-DC-DC TPC或AC-DC-DC TPC，其中，AC侧与第一端口21关联(即第一端口21为AC端口)。
如图2的底部所示，为了实现TPC 2，TPC可以包括三个双端口转换器2a、2b和2c。与TPC 2的第一端口21关联的TPC 2的第一双端口转换器2a可以和与TPC 2的第二端口22关联的TPC 2的第二转换器2b以及与TPC 2的第三端口23关联的TPC 2的第三转换器2c电流隔离。可选地，三个双端口转换器2a、2b和2c可以彼此电流隔离。
TPC 2的第一转换器2a可以是DC-AC转换器，TPC 2的第二转换器2b和第三转换器2c可以各自是AC-DC转换器。在这种情况下，TPC 2可以是DC-DC转换器(即TPC 2的第一端口21、第二端口22和第三端口23可以各自是DC端口)。或者，如图2所示，TPC 2的第一转换器2a可以是AC-AC转换器，TPC 2的第二转换器2b和第三转换器2c可以各自是AC-DC转换器。在这种情况下，TPC可以是AC-DC转换器(即TPC 2的第一端口21可以是AC端口，TPC 2的第二端口22和第三端口23可以各自是DC端口)。
图3至图9分别示出了本发明的实施例提供的转换器电路的示例。图3至图9的转换器电路是如上所述的本发明的方面提供的转换器电路的示例。本发明的方面提供的转换器电路的上文描述对应地适用于图3至图9的转换器电路。
图3的转换器电路对应于图1的转换器电路，包括附加特征。因此，图1的描述对应地适用于图3的转换器电路，并且在下文中主要描述附加特征。如图3所示，转换器电路1包括与每个TPC 2的第三端口23以并联的方式电连接的电容器4。电容器4可以存在，而不管输入端口、TPC 2和/或其它转换器3的数量如何。可选的电容器4可以称为公共总线电容器。可选的电容器4可以是公共DC链路电容。可选的电容器4可以存储在转换器电路1的掉电保持时间期间(即在转换器电路1的运行期间)使用的能量。可选的电容器4可以存在于图4至图9的每个转换器电路中。
关于附图，输入端口、TPC 2和/或一个或多个其它转换器3的数量仅作为示例，并不限制本发明。
图4的转换器电路1包括n个输入端口IN1、IN2、……、INn；一个输出端口OUT；n个三端口转换器(three port converter，TPC)2，每个TPC具有第一端口21、第二端口22和第三端口23；以及具有两个端口31和32的其它转换器3，其中，n是等于或大于2的整数(n≥2)。在图4中，示例性地示出了三个输入端口和三个TPC。图4的转换器电路1包括m个其它转换器3，其中，m是等于1的整数(m＝1)。如图4所示，n个TPC 2中的每个TPC的第一端口21电连接到n个输入端口IN1、IN2、……、INn的相应输入端口。n个TPC 2中的每个TPC的第二端口22的并联连接电连接到转换器电路1的输出端口OUT。n个TPC 2中的每个TPC的第三端口23电连接到其它转换器3的两个端口31和32中的第一端口31。其它转换器3的两个端口31和32中的第二端口32电连接到输出端口OUT。
如图4所示，其它转换器3的两个端口31和32的第二端口32和n个TPC 2中的每个TPC的第二端口22的并联连接(即n个TPC 2的第二端口22的并联连接)的串联连接可以以并联的方式电连接到输出端口OUT。在这种情况下，可以称其它转换器3串联连接到输出端口OUT。
或者，其它转换器3的两个端口31、32的第二端口32和n个TPC 2中的每个TPC的第二端口22的并联连接可以以并联的方式电连接到输出端口。在这种情况下，可以称其它转换器3并联连接到输出端口OUT。图5示出了这种替代方案。因此，图4的描述可以对应地适用于图5的转换器电路1。
图6的转换器电路1包括n个输入端口IN1、IN2、……、INn；一个输出端口OUT；n个三端口转换器(three port converter，TPC)2，每个TPC具有第一端口21、第二端口22和第三端口23；以及m个其它转换器3，每个其它转换器具有两个端口31和32；其中，n是等于或大于2的整数(n≥2)，m是等于整数n的整数(m＝n)。在图6中，示例性地示出了三个输入端口、三个TPC和三个其它转换器。如图6所示，n个TPC 2中的每个TPC的第一端口21电连接到n个输入端口IN1、IN2、……、INn的相应输入端口。n个TPC 2中的每个TPC的第二端口22的并联连接电连接到输出端口OUT。n个TPC 2中的每个TPC的第三端口23电连接到m个其它转换器3(m＝n)中的每个其它转换器的两个端口31和32中的第一端口31。m个其它转换器3(m＝n)中的每个其它转换器的两个端口31和32中的第二端口32电连接到n个输入端口IN1、IN2、……、INn的相应输入端口。
如图6所示，n个TPC 2中的每个TPC的第一端口21可以与m个其它转换器3中的相应其它转换器的第二端口32和n个输入端口IN1、IN2、……、INn的相应输入端口以并联的方式电连接。在这种情况下，可以称其它转换器3并联连接到输入端口IN1、IN2、……、INn。
或者，n个TPC 2中的每个TPC的第一端口21可以与m个其它转换器3中的一个相应其它转换器的第二端口22以串联的方式电连接。相应TPC 2的第一端口21和相应其它转换器3的第二端口32的每个串联连接可以以并联的方式电连接到n个输入端口IN1、IN2、……、INn中的一个相应输入端口。在这种情况下，可以称其它转换器3串联连接到输入端口IN1、IN2、……、INn。图7示出了这种替代方案。因此，图6的描述可以对应地适用于图7的转换器电路1。
图8的转换器电路1包括n个输入端口IN1、IN2、……、INn；一个输出端口OUT；n个三端口转换器(three port converter，TPC)2，每个TPC具有第一端口21、第二端口22和第三端口23；以及m个其它转换器3，每个其它转换器具有三个端口31、32和33；其中，n是等于或大于2的整数(n≥2)，m是等于整数n的一半的整数(m＝n/2)。在图8中，示例性地示出了四个输入端口、四个TPC和两个其它转换器。如图8所示，n个TPC 2中的每个TPC的第一端口21电连接到n个输入端口IN1、IN2、……、INn的相应输入端口。n个TPC 2中的每个TPC的第二端口22的并联连接电连接到输出端口OUT。n个TPC 2中的每个TPC的第三端口23电连接到m个其它转换器3(m＝n/2)中的每个其它转换器的三个端口31、32和33中的第一端口31。m个其它转换器3(m＝n/2)中的每个其它转换器的三个端口31、32和33中的第二端口32和第三端口33可以各自电连接到n个输入端口IN1、IN2、……、INn的相应输入端口。
如图8所示，n个TPC 2中第一半的每个TPC的第一端口21可以与m个其它转换器3中的相应其它转换器的第二端口32和n个输入端口IN1、IN2、……、INn中第一半的相应输入端口以并联的方式电连接。n个TPC 2中第二半的每个TPC的第一端口21可以与m个其它转换器3中的一个相应其它转换器的第三端口33和n个输入端口IN1、IN2、……、INn中第二半的一个相应输入端口以并联的方式电连接。在这种情况下，可以称其它转换器3并联连接到输入端口IN1、IN2、……、INn。
或者，n个TPC 2中第一半的每个TPC的第一端口21可以与m个其它转换器3(m＝n/2)中的一个相应其它转换器的第二端口32以串联的方式电连接。n个TPC 2中第一半的相应TPC的第一端口21和相应其它转换器的第二端口32的每个串联连接可以以并联的方式电连接到n个输入端口IN1、IN2、……、INn中第一半的相应输入端口。n个TPC 2中第二半的每个TPC的第一端口21可以与m个其它转换器3(m＝n/2)中的一个相应其它转换器的第三端口33以串联的方式电连接。n个TPC 2中第二半的相应TPC的相应第一端口21和相应其它转换器的第三端口33的每个串联连接可以以并联的方式电连接到n个输入端口IN1、IN2、……、INn中第二半的相应输入端口。在这种情况下，可以称其它转换器3串联连接到输入端口IN1、IN2、……、INn。图9示出了这种替代方案。因此，图8的描述可以对应地适用于图9的转换器电路1。
关于图1至图9的电路的其它详细信息，参考本发明的方面提供的转换器电路的描述。
本发明已结合各种实施例作为示例以及实现方式进行描述。但是，根据对附图、本发明和独立权利要求的研究，本领域技术人员在实施所要求保护的主题时，能够理解和实现其它变型。在权利要求以及说明书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，且“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可以满足权利要求书中描述的若干实体或项目的功能。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施并不表示这些措施的组合不能被有效地使用。

Claims (16)

1.一种转换器电路(1)，其特征在于，
所述转换器电路(1)包括n个输入端口(IN1、IN2、INn–1、INn)；一个输出端口(OUT)；n个三端口转换器(three port converter，TPC)(2)，每个TPC具有第一端口(21)、第二端口(22)和第三端口(23)；以及m个其它转换器(3)，每个其它转换器具有两个(31、32)或三个端口(31、32、33)；n是等于或大于2的整数，m是等于或大于1的整数；
所述n个TPC(2)中的每个TPC的所述第一端口(21)电连接到所述n个输入端口(IN1、IN2、INn–1、INn)中的相应输入端口；
所述n个TPC(2)中的每个TPC的所述第二端口(22)的并联连接电连接到所述输出端口(OUT)；
所述n个TPC(2)中的每个TPC的所述第三端口(23)电连接到所述m个其它转换器(3)中的每个其它转换器的所述两个端口(31、32)或三个端口(31、32、33)中的第一端口(31)；
所述m个其它转换器(3)中的每个其它转换器的所述两个端口(31、32)或三个端口(31、32、33)中的第二端口(32)电连接到所述n个输入端口(IN1、IN2、INn–1、INn)的一个输入端口或所述输出端口(OUT)。
2.根据权利要求1所述的转换器电路(1)，其特征在于，
所述整数m等于1，所述其它转换器(3)具有所述两个端口(31、32)；
所述n个TPC(2)中的每个TPC的所述第三端口(23)电连接到所述其它转换器(3)的所述两个端口(31、32)的所述第一端口(31)；
所述其它转换器(3)的所述两个端口(31、32)的所述第二端口(32)电连接到所述输出端口(OUT)。
3.根据权利要求2所述的转换器电路(1)，其特征在于，
所述其它转换器(3)的所述两个端口(31、32)的所述第二端口(32)和所述n个TPC(2)中的每个TPC的所述第二端口(22)的所述并联连接以并联的方式电连接到所述输出端口(OUT)。
4.根据权利要求2所述的转换器电路(1)，其特征在于，
所述其它转换器(3)的所述两个端口(31、32)的所述第二端口(32)和所述n个TPC(2)中的每个TPC的所述第二端口(22)的所述并联连接的串联连接以并联的方式电连接到所述输出端口(OUT)。
5.根据权利要求1所述的转换器电路(1)，其特征在于，
所述整数m等于所述整数n，所述m个其它转换器(3)各自具有所述两个端口(31、32)；
所述n个TPC(2)中的每个TPC的所述第三端口(23)电连接到所述m个其它转换器(3)中的每个其它转换器的所述两个端口(31、32)的所述第一端口(31)；
所述m个其它转换器(3)中的每个其它转换器的所述两个端口(31、32)的所述第二端口(32)电连接到所述n个输入端口(IN1、IN2、INn–1、INn)中的相应输入端口。
6.根据权利要求5所述的转换器电路(1)，其特征在于，
所述n个TPC(2)中的每个TPC的所述第一端口(21)与所述m个其它转换器(3)中的一个相应其它转换器的所述第二端口(32)以串联的方式电连接；
所述相应TPC(2)的所述第一端口(21)和所述相应其它转换器(3)的所述第二端口(32)的每个串联连接以并联的方式电连接到所述n个输入端口(IN1、IN2、INn–1、INn)中的一个相应输入端口。
7.根据权利要求5所述的转换器电路(1)，其特征在于，
所述n个TPC(2)中的每个TPC的所述第一端口(21)与所述m个其它转换器(3)中的一个相应其它转换器的所述第二端口(32)和所述n个输入端口(IN1、IN2、INn–1、INn)中的一个相应输入端口以并联的方式电连接。
8.根据权利要求1所述的转换器电路(1)，其特征在于，
所述整数n是偶数整数，所述整数m等于所述整数n的一半，所述m个其它转换器(3)各自具有所述三个端口(31、32、33)；
所述n个TPC(2)中的每个TPC的所述第三端口(23)电连接到所述m个其它转换器(3)中的每个其它转换器的所述三个端口(31、32、33)的所述第一端口(31)；
所述m个其它转换器(3)中的每个其它转换器的所述三个端口(31、32、33)的所述第二端口(32)和第三端口(33)各自电连接到所述n个输入端口(IN1、IN2、INn–1、INn)中的相应输入端口。
9.根据权利要求8所述的转换器电路(1)，其特征在于，
所述n个TPC(2)中第一半的每个TPC的所述第一端口(21)与所述m个其它转换器(3)中的一个相应其它转换器的所述第二端口(32)以串联的方式电连接；
所述n个TPC(2)中所述第一半的所述相应TPC(2)的所述第一端口(21)和所述相应其它转换器(3)的所述第二端口(32)的每个串联连接以并联的方式电连接到所述n个输入端口(IN1、IN2、INn–1、INn)中第一半的相应输入端口；
所述n个TPC(2)中第二半的每个TPC的所述第一端口(21)与所述m个其它转换器(3)中的一个相应其它转换器的所述第三端口(33)以串联的方式电连接；
所述n个TPC(2)中所述第二半的所述相应TPC(2)的所述第一端口(21)和所述相应其它转换器(3)的所述第三端口(33)的每个串联连接以并联的方式电连接到所述n个输入端口(IN1、IN2、INn–1、INn)中第二半的相应输入端口。
10.根据权利要求8所述的转换器电路(1)，其特征在于，
所述n个TPC(2)中第一半的每个TPC的所述第一端口(21)与所述m个其它转换器(3)中的一个相应其它转换器的所述第二端口(32)和所述n个输入端口(IN1、IN2、INn–1、INn)中第一半的一个相应输入端口以并联的方式电连接；
所述n个TPC(2)中第二半的每个TPC的所述第一端口(21)与所述m个其它转换器(3)中的一个相应其它转换器的所述第三端口(33)和所述n个输入端口(IN1、IN2、INn–1、INn)中第二半的一个相应输入端口以并联的方式电连接。
11.根据上述权利要求中任一项所述的转换器电路(1)，其特征在于，
所述转换器电路(1)包括电容器(4)，所述电容器(4)以并联的方式电连接到所述n个TPC(2)中的每个TPC的所述第三端口(23)。
12.根据上述权利要求中任一项所述的转换器电路(1)，其特征在于，
所述n个TPC(2)各自用于在所述第一端口(21)接收第一DC功率，并使用所述第一DC功率在所述第二端口(22)提供第二DC功率和在所述第三端口(23)提供第三DC功率；或
所述n个TPC(2)各自用于在所述第一端口(21)接收AC功率，并使用所述AC功率在所述第二端口(22)提供第一DC功率和在所述第三端口(23)提供第二DC功率。
13.根据权利要求2或从属于权利要求2时上述权利要求中任一项所述的转换器电路(1)，其特征在于，所述其它转换器(3)是DC-DC转换器。
14.根据权利要求5或从属于权利要求5时上述权利要求中任一项所述的转换器电路(1)，其特征在于，所述m个其它转换器(3)各自是AC-DC转换器或DC-DC转换器。
15.根据权利要求8或从属于权利要求8时上述权利要求中任一项所述的转换器电路(1)，其特征在于，
所述m个其它转换器(3)各自用于在所述第二端口(32)接收第一DC功率和在所述第三端口(33)接收第二DC功率，并使用所述第一DC功率和所述第二DC功率在所述第一端口(31)提供第三DC功率；或
所述m个其它转换器(3)各自用于在所述第二端口(32)接收第一AC功率和在所述第三端口(33)接收第二AC功率，并使用所述第一AC功率和所述第二AC功率在所述第一端口(31)提供第三DC功率。
16.根据上述权利要求中任一项所述的转换器电路(1)，其特征在于，
所述转换器电路是AC-DC转换器电路或DC-DC转换器电路。
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