CN213990532U - 分布式多端口电源电路、电源系统和机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了分布式多端口电源电路、电源系统和机器人，该分布式多端口电源电路包括N个桥臂电路，每一个桥臂电路至少包括两个桥臂模块和至少四个桥臂电感，各个桥臂电路通过并联的方式连接，每一桥臂模块都包括一个子放电端口，N个桥臂电路还包括N个放电端口。本实用新型的拓扑结构决定了系统的多样性，可以实现对大量电池的分布式安装，并且电源电路包括多个分布式电源端口，有利于对用电设备进行多端口供电。

Description

分布式多端口电源电路、电源系统和机器人

技术领域

本实用新型涉及电路设计领域，尤其涉及一种分布式多端口电源电路、电源系统和机器人。

背景技术

现有的通过电池产生能量的系统通过电池的大量串并联实现，若无特殊设备无法输出更高的电压，大量的电池串并联对系统的结构设计提出了很高的要求，庞大的电池组无法分布式安装，对安装更换都提出了很高的要求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种分布式多端口电源电路、电源系统和机器人。

本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型的一个实施例提出一种分布式多端口电源电路，该分布式多端口电源电路包括N个桥臂电路，每一个桥臂电路至少包括两个桥臂模块和至少四个桥臂电感；

各个桥臂电路的第一桥臂电感的一端和第二桥臂电感的一端之间至少串联一个桥臂模块，所述第一桥臂电感的另一端作为所述桥臂电路的第一接口，所述第二桥臂电感的另一端作为所述桥臂电路的第三接口；

各个桥臂电路的第三桥臂电感的一端和第四桥臂电感的一端之间串联桥臂模块的数量与第一桥臂电感的一端和第二桥臂电感的一端之间串联桥臂模块的数量相同，每一个桥臂模块包括一个所述电源电路的子放电端口，所述第三桥臂电感的另一端作为所述桥臂电路的第二接口，所述第四桥臂电感的另一端作为所述桥臂电路的第四接口；

第i个桥臂电路的第三接口和第四接口分别连接第i+1个桥臂电路的第一接口和第二接口，第一个桥臂电路的第一接口和第二接口连接，作为所述电源电路的第一放电端口的一个电极引脚，第N个桥臂电路的第三接口和第四接口连接，作为所述第一放电端口的另一个电极引脚，第i+1个桥臂电路的第一接口作为第i+1个放电端口的一个电极引脚，第i+1个桥臂电路的第二接口作为第i+1个放电端口的另一个电极引脚，1≤i＜N。

本实用新型实施例所述的分布式多端口电源电路，所述桥臂模块包括第一桥臂单元、第二桥臂单元和第三桥臂单元中的至少一种。

本实用新型实施例所述第一桥臂单元包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第一电容；

所述第一开关管的第一引脚、所述第二开关管的第一引脚和所述第一电容的一端连接，并作为子放电端口的一个电极引脚；

所述第三开关管的第二引脚、所述第四开关管的第二引脚和所述第一电容的另一端连接，并作为子放电端口的另一个电极引脚；

所述第一开关管的第二引脚连接所述第三开关管的第一引脚，所述第三开关管的第一引脚作为所述第一桥臂单元的第一桥臂接口，所述第二开关管的第二引脚连接所述第四开关管的第一引脚，所述第四开关管的第一引脚作为所述第一桥臂单元的第二桥臂接口，所述第一桥臂接口和所述第二桥臂接口用于作为所述串联的接口；

所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管第三引脚分别连接对应的模块控制器。

本实用新型实施例所述的第二桥臂单元包括第一桥臂单元和电池；

所述电池的正极连接所述第一电容的所述一端，所述电池的负极连接所述第一电容的所述另一端。

本实用新型实施例所述的第三桥臂单元包括第一桥臂单元、第一电感和M个第二桥臂单元；

所述第一桥臂单元的所述第一电容的一端连接所述第一电感的一端，所述第一电感的另一端连接第一个第二桥臂单元的第一桥臂接口，所述第一桥臂单元的所述第一电容的另一端连接第M个第二桥臂单元的第二桥臂接口；

第m个第二桥臂单元的第二桥臂接口连接第m+1个第二桥臂单元的第一桥臂接口，1≤m＜M。

本实用新型实施例所述的所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管均为绝缘栅双极型晶体管。

本实用新型实施例所述的分布式多端口电源电路，还包括母线开关和母线电容；

所述第一放电端口的一个电极引脚连接母线开关的一端，母线开关的另一端连接所述母线电容的一端，母线电容的另一端连接所述第一放电端口的另一个电极引脚。

本实用新型实施例涉及一种分布式多端口电源系统，所述分布式多端口电源系统包括本实用新型实施例所述的分布式多端口电源电路。

本实用新型实施例涉及一种机器人，所述机器人包括本实用新型实施例所述的分布式多端口电源系统。

本实用新型实施例所述的机器人，各个子放电端口分别用于为所述机器人的各个运动关节的电机供电。

本实用新型公开一种分布式多端口电源电路，该分布式多端口电源电路包括N个桥臂电路，每一个桥臂电路至少包括两个桥臂模块和至少四个桥臂电感，各个桥臂电路通过并联的方式连接，每一桥臂模块都包括一个子放电端口，N个桥臂电路还包括N个放电端口。本实用新型的拓扑结构决定了系统的多样性，可以实现对大量电池的分布式安装，并且电源电路包括多个分布式电源端口，有利于对用电设备进行多端口供电。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本实用新型实施例提出的一种分布式多端口电源电路的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例提出的另一种分布式多端口电源电路的示意图；

图3示出了本实用新型实施例提出的一种第一桥臂单元的电路结构示意图；

图4示出了本实用新型实施例提出的一种第二桥臂单元的电路结构示意图；

图5示出了本实用新型实施例提出的一种第三桥臂单元的电路结构示意图；

图6示出了本实用新型实施例提出的另一种分布式多端口电源电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

现有的储能系统或者通过电池产生能量的系统多通过电池的大量串并联实现，因为单节电池的电压等级有限，若无特殊设备无法输出更高的电压，大量的电池串并联虽然可以提高电池组的输出功率等级，但是也带来了以下问题：

第一、电池的短板效应会危害系统的寿命，必须配置额外的电池管理系统来实现电池均衡控制，防止单节电池的损坏从而危害系统寿命。

第二、电池的串并联结构对系统的结构设计提出了很高的要求，为了实现串并电池组的均流特性一致，各串电池所并联的数量需要保持一致，因此庞大的电池组无法分布式安装，对安装更换都提出了很高的要求。

第三、电池组的串并联模式对电池的一致性要求高，对生产、维修及再利用都提出了非常高的要求。

第四、串并联后的电池只能通过额外的电力电子设备实现能量变化(如DCDC或DCAC)，其拓扑结构决定了系统的多样性。

基于上述问题，本方案的目的在于提出一种低成本的，无需电池串并联的分布式多端口电源总成系统，可在不配置电池管理系统的情况下实现电池的均衡，同时系统的功率等级可随意扩展，对电池的种类及其一致性也没有特殊要求，其自身还具备多通道DCDC与DCAC功能。

实施例1

本实施例公开一种分布式多端口电源电路，该分布式多端口电源电路包括N个桥臂电路，每一个桥臂电路至少包括两个桥臂模块和至少四个桥臂电感。

各个桥臂电路的第一桥臂电感的一端和第二桥臂电感的一端之间至少串联一个桥臂模块，所述第一桥臂电感的另一端作为所述桥臂电路的第一接口，所述第二桥臂电感的另一端作为所述桥臂电路的第三接口；各个桥臂电路的第三桥臂电感的一端和第四桥臂电感的一端之间串联桥臂模块的数量与第一桥臂电感的一端和第二桥臂电感的一端之间串联桥臂模块的数量相同，每一个桥臂模块包括一个所述电源电路的子放电端口，所述第三桥臂电感的另一端作为所述桥臂电路的第二接口，所述第四桥臂电感的另一端作为所述桥臂电路的第四接口。

第i个桥臂电路的第三接口和第四接口分别连接第i+1个桥臂电路的第一接口和第二接口，第一个桥臂电路的第一接口和第二接口连接，作为所述电源电路的第一放电端口的一个电极引脚，第N个桥臂电路的第三接口和第四接口连接，作为所述第一放电端口的另一个电极引脚。

第i+1个桥臂电路的第一接口作为第i+1个放电端口的一个电极引脚，第i+1个桥臂电路的第二接口作为第i+1个放电端口的另一个电极引脚，1≤i＜N。

示范性的，参见图1，示出了包括两个桥臂电路的分布式多端口电源电路，其中，每个桥臂电路包括4个桥臂模块，每个桥臂模块均对应一个子放电端口。

进一步的，第1个桥臂电路的第三接口和第四接口分别连接第2个桥臂电路的第一接口和第二接口，第一个桥臂电路的第一接口和第二接口连接，作为所述电源电路的第一放电端口的一个电极引脚，第2个桥臂电路的第三接口和第四接口连接，作为所述第一放电端口的另一个电极引脚。

进一步的，第2个桥臂电路的第一接口作为所述电源电路的第二放电端口的一个电极引脚，第2个桥臂电路的第一接口作为所述电源电路的第二放电端口的另一个电极引脚。

示范性的，参见图2，示出了包括一个桥臂电路的分布式多端口电源电路，桥臂电路包括4个桥臂模块，每个桥臂模块均对应一个子放电端口。桥臂电路的第一接口和第二接口连接，作为所述电源电路的第一放电端口的一个电极引脚，桥臂电路的第三接口和第四接口连接，作为所述第一放电端口的另一个电极引脚。

本实施例公开一种分布式多端口电源电路，该分布式多端口电源电路包括N个桥臂电路，每一个桥臂电路至少包括两个桥臂模块和至少四个桥臂电感，各个桥臂电路通过并联的方式连接，每一桥臂模块都包括一个子放电端口，N个桥臂电路还包括N个放电端口。本实用新型的拓扑结构决定了系统的多样性，可以实现对大量电池的分布式安装，并且电源电路包括多个分布式电源端口，有利于对用电设备进行多端口供电。

实施例2

本实施例，参见图3，示出了一种桥臂模块为第一桥臂单元。

第一桥臂单元包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第一电容；所述第一开关管的第一引脚、所述第二开关管的第一引脚和所述第一电容的一端连接，并作为子放电端口的一个电极引脚；所述第三开关管的第二引脚、所述第四开关管的第二引脚和所述第一电容的另一端连接，并作为子放电端口的另一个电极引脚；所述第一开关管的第二引脚连接所述第三开关管的第一引脚，所述第三开关管的第一引脚作为所述第一桥臂单元的第一桥臂接口，所述第二开关管的第二引脚连接所述第四开关管的第一引脚，所述第四开关管的第一引脚作为所述第一桥臂单元的第二桥臂接口，所述第一桥臂接口和所述第二桥臂接口用于作为所述串联的接口；所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管第三引脚分别连接对应的模块控制器，对应的模块控制器通过控制第一桥臂单元内各个开关管的占空比，可控制第一桥臂单元内电容的电压。

实施例3

本实施例，参见图4，示出了一种桥臂模块为第二桥臂单元。

第二桥臂单元包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电容和电池；所述第一开关管的第一引脚、所述第二开关管的第一引脚和所述第一电容的一端连接，并作为子放电端口的一个电极引脚；所述第三开关管的第二引脚、所述第四开关管的第二引脚和所述第一电容的另一端连接，并作为子放电端口的另一个电极引脚；所述第一开关管的第二引脚连接所述第三开关管的第一引脚，所述第三开关管的第一引脚作为所述第一桥臂单元的第一桥臂接口，所述第二开关管的第二引脚连接所述第四开关管的第一引脚，所述第四开关管的第一引脚作为所述第一桥臂单元的第二桥臂接口，所述第一桥臂接口和所述第二桥臂接口用于作为所述串联的接口；所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管第三引脚分别连接主控芯片，主控芯片通过控制第一桥臂单元内各个开关管的占空比，可控制第一桥臂单元内电容的电压。所述电池的正极连接所述第一电容的所述一端，所述电池的负极连接所述第一电容的所述另一端。

实施例4

本实施例，参见图5，示出了一种桥臂模块为第三桥臂单元。

第三桥臂单元上述实施例所述的第一桥臂单元和M个第二桥臂单元，以及第一电感；所述第一桥臂单元的所述第一电容的一端连接所述第一电感的一端，所述第一电感的另一端连接第一个第二桥臂单元的第一桥臂接口，所述第一桥臂单元的所述第一电容的另一端连接第M个第二桥臂单元的第二桥臂接口；第m个第二桥臂单元的第二桥臂接口连接第m+1个第二桥臂单元的第一桥臂接口，1≤m＜M。

可以理解，上述实施例所述的第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管均为绝缘栅双极型晶体管。绝缘栅双极型晶体管有一个非常低的通态压降，且由于它具有优异的电导调制能力和较大的通态电流密度，使得更小的芯片尺寸和更低的功耗成为可能；绝缘栅双极型晶体管的MOS栅结构使得其具有较低的驱动电压，且只需要简单的外围驱动电路；与BJT和晶闸管相比较，它能更容易地使用在高电压大电流的电路中；绝缘栅双极型晶体管有比较宽的安全操作区，且它具有比双极型晶体管更优良的电流传导能力，也有良好的正向和反向阻断能力。

实施例5

进一步的，所述桥臂模块可以为上述实施例所述的第一桥臂单元、第二桥臂单元和第三桥臂单元中的至少一种。桥臂电路以及分布式多端口电路可以按用户需求设置的第一桥臂单元、第二桥臂单元和第三桥臂单元的类型和数目，但是，应保证分布式多端口电路第一个桥臂电路的第一接口与第N个桥臂电路的第三接口之间的电压等于分布式多端口电路第一个桥臂电路的第二接口与第N个桥臂电路的第四接口之间的电压。

第一桥臂单元的子放电端口可以接任意电压等级的直流设备，如光伏板、DCDC电路、直流源与电阻负载等，也可以不接任何设备单独使用。

第二桥臂单元的子放电端口可以接DCDC稳压电路，为小型负载供电如伺服电机等供电，也可以不接任何设备。

第二桥臂单元的多个子放电端口可以可接DCDC稳压电路，为小型负载供电如伺服电机等供电，也可以不接任何设备。

桥臂电路中，第一桥臂单元、第二桥臂单元和第三桥臂单元均由自身模块控制器控制。桥臂电路中的各模块控制器，由所在桥臂电路的桥臂电路控制器控制。各桥臂电路控制器，由总控制器控制。

示范性的，参见图6，示出一种分布式多端口电源电路，包括两个第一桥臂单元、四个第二桥臂单元和四个第三桥臂单元。可以理解，第三桥臂单元中包括的第二桥臂单元的个数越多，第三桥臂单元的子放电端口两端可以输出的电压范围越大，可以根据需要设置输出的电压的大小。

示范性的，分布式多端口电源电路可以用于为机器人供电，各个桥臂模块对应的各个子放电端口分别用于为所述机器人的各个运动关节的电机供电。对于机器人的胯部关节处的电机的用电需求较大，可以利用第三桥臂单元的子放电端口对胯部关节处的电机进行供电，对于机器人的手腕关节处的电机的用电需求较小，可以利用第二桥臂单元的子放电端口对手腕关节处的电机进行供电。

进一步的，分布式多端口电源电路还可以包括母线开关和母线电容，所述第一放电端口的一个电极引脚连接母线开关的一端，母线开关的另一端连接所述母线电容的一端，母线电容的另一端连接所述第一放电端口的另一个电极引脚。

可以理解，在第一放电端口输出直流电时，第二放电端口可以输出交流电；在第一放电端口输出交流电时，第二放电端口可以输出交流电；在第一放电端口输出交流电时，第二放电端口可以输出直流电。进一步的，在第一放电端口输出交流电时，应通过母线开关断开母线电容，以防止母线电容对交流短路；在第一放电端口输出直流电时，应通过母线开关闭合，母线电容接入，母线电容用于稳压和滤波。

可以理解，本实用新型实施例涉及一种分布式多端口电源系统，所述分布式多端口电源系统包括本实用新型实施例所述的分布式多端口电源电路。

可以理解，本实用新型实施例涉及一种机器人，所述机器人包括本实用新型实施例所述的分布式多端口电源系统。

可以理解，本实用新型实施例所述的机器人，各个子放电端口分别用于为所述机器人的各个运动关节的电机供电。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种分布式多端口电源电路，其特征在于，该分布式多端口电源电路包括N个桥臂电路，每一个桥臂电路至少包括两个桥臂模块和至少四个桥臂电感；

各个桥臂电路的第一桥臂电感的一端和第二桥臂电感的一端之间至少串联一个桥臂模块，所述第一桥臂电感的另一端作为所述桥臂电路的第一接口，所述第二桥臂电感的另一端作为所述桥臂电路的第三接口；

各个桥臂电路的第三桥臂电感的一端和第四桥臂电感的一端之间串联桥臂模块的数量与第一桥臂电感的一端和第二桥臂电感的一端之间串联桥臂模块的数量相同，每一个桥臂模块包括一个所述电源电路的子放电端口，所述第三桥臂电感的另一端作为所述桥臂电路的第二接口，所述第四桥臂电感的另一端作为所述桥臂电路的第四接口；

第i个桥臂电路的第三接口和第四接口分别连接第i+1个桥臂电路的第一接口和第二接口，第一个桥臂电路的第一接口和第二接口连接，作为所述电源电路的第一放电端口的一个电极引脚，第N个桥臂电路的第三接口和第四接口连接，作为所述第一放电端口的另一个电极引脚，第i+1个桥臂电路的第一接口作为第i+1个放电端口的一个电极引脚，第i+1个桥臂电路的第二接口作为第i+1个放电端口的另一个电极引脚，1≤i＜N。

2.根据权利要求1所述的分布式多端口电源电路，其特征在于，所述桥臂模块包括第一桥臂单元、第二桥臂单元和第三桥臂单元中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的分布式多端口电源电路，其特征在于，所述第一桥臂单元包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第一电容；

所述第一开关管的第一引脚、所述第二开关管的第一引脚和所述第一电容的一端连接，并作为子放电端口的一个电极引脚；

所述第三开关管的第二引脚、所述第四开关管的第二引脚和所述第一电容的另一端连接，并作为子放电端口的另一个电极引脚；

所述第一开关管的第二引脚连接所述第三开关管的第一引脚，所述第三开关管的第一引脚作为所述第一桥臂单元的第一桥臂接口，所述第二开关管的第二引脚连接所述第四开关管的第一引脚，所述第四开关管的第一引脚作为所述第一桥臂单元的第二桥臂接口，所述第一桥臂接口和所述第二桥臂接口用于作为所述串联的接口；

所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管第三引脚分别连接对应的模块控制器。

4.根据权利要求3所述的分布式多端口电源电路，其特征在于，第二桥臂单元包括第一桥臂单元和电池；

所述电池的正极连接所述第一电容的所述一端，所述电池的负极连接所述第一电容的所述另一端。

5.根据权利要求4所述的分布式多端口电源电路，其特征在于，第三桥臂单元包括第一桥臂单元、第一电感和M个第二桥臂单元；

所述第一桥臂单元的所述第一电容的一端连接所述第一电感的一端，所述第一电感的另一端连接第一个第二桥臂单元的第一桥臂接口，所述第一桥臂单元的所述第一电容的另一端连接第M个第二桥臂单元的第二桥臂接口；

第m个第二桥臂单元的第二桥臂接口连接第m+1个第二桥臂单元的第一桥臂接口，1≤m＜M。

6.根据权利要求3所述的分布式多端口电源电路，其特征在于，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管均为绝缘栅双极型晶体管。

7.根据权利要求1所述的分布式多端口电源电路，其特征在于，还包括母线开关和母线电容；

所述第一放电端口的一个电极引脚连接母线开关的一端，母线开关的另一端连接所述母线电容的一端，母线电容的另一端连接所述第一放电端口的另一个电极引脚。

8.一种分布式多端口电源系统，其特征在于，所述分布式多端口电源系统包括权利要求1至7任一项所述的分布式多端口电源电路。

9.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括权利要求8所述的分布式多端口电源系统。

10.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，各个子放电端口分别用于为所述机器人的各个运动关节的电机供电。

Images