TW202412028A - 用於耦合變壓器中的集成電流平衡的電壓互感器及電源 - Google Patents

Abstract

一種電壓互感器，包括具有中心管柱、第一外部管柱和第二外部管柱的多管柱變壓器芯。該電壓互感器還包括圍繞中心管柱纏繞的第一初級繞組、圍繞中心管柱纏繞的第二初級繞組、圍繞中心管柱纏繞的第一次級繞組和圍繞中心管柱纏繞的第二次級繞組。第一平衡繞組圍繞第一外部管柱纏繞並且與第一初級繞組串聯耦合，並且第二平衡繞組圍繞第二外部管柱纏繞並且與第二初級繞組串聯耦合。第一平衡繞組和第二平衡繞組回應於流過其中的第一電流和第二電流經由互感能夠耦合在一起。

Description

耦合變壓器中的集成電流平衡

本發明內容的各態樣係關於輸出功率分配，並且特別是關於多幹線功率轉換。

電源單元是一種向電氣負載供應電功率的電氣器件。實際上，電源單元通常具有一個功率輸入連接和一個或多個功率輸出連接，該功率輸入連接從源接收電流形式的能量，該一個或多個功率輸出連接將電流遞送到負載。電源的主要功能是將來自源的電流轉換為正確的電壓、電流和頻率以向負載供電。實際上，電源單元可以執行各種各樣的功能，諸如但不限於功率轉換、交流到直流（AC-DC）或DC-DC轉換、調整電壓位準以及在電力網中斷期間提供備用功率。電源系統通常包括多個電源（或電源單元），所述多個電源提供功率和功率管理功能，包括在多個電源之間的負載電流共用。

對功率轉換的高密度封裝的增加的需求已經導致了諸如DC-DC模組和低型板裝塊（low-profile board-mount bricks）等應用，由此給定的主變壓器可以具有耦合到從不同的輸入源饋送的多幹線轉換器的多個初級繞組。然而，由於輸入電壓和/或分量值（component value）公差的差異引起的在初級電流之間循環的電流不平衡，可能對轉換器效率產生負面影響，並且可能甚至導致轉換器故障。

圖1和圖2例示了示例多幹線功率轉換器和示出初級電流中的電流不平衡的模擬圖。在圖1中，電源100具有一對功率轉換器101、102，該對功率轉換器具有連接到不同的電壓源103、104的電壓輸入。功率轉換器101、102與變壓器105的相應的初級繞組耦合。變壓器105的次級繞組傳遞能量透過整流器106，以用於經由電壓輸出108到負載107的輸出電壓遞送。圖2示出了回應於由電壓源103、104提供的輸入電壓202、203的分流（diversion）而由功率轉換器101、102供應的初級電流200、201中的相移。除了輸入電壓的不平衡之外，在諧振轉換器的情況下，分量值（諸如諧振分量值）的差異還導致初級電流的不平衡，從而導致額外的循環電流對轉換器效率產生負面影響。

一種防止當變壓器初級繞組連接到兩個不同的輸入源並且一起耦合在相同的芯上時的電流不平衡的方法是在主變壓器105中引入足夠的洩漏電感，以減少或消除循環電流。然而，較高的洩漏電感通常降低變壓器的性能並增加其尺寸。在諧振轉換應用中，額外的洩漏電感成為諧振回路的一部分，並且因此無法阻止循環電流。

根據本發明內容的一個態樣，一種電壓互感器（voltage transformer），包括：多管柱（limb）變壓器芯，該多管柱變壓器芯具有：中心管柱；第一外部管柱；和第二外部管柱。該電壓互感器還包括：第一初級繞組，該第一初級繞組圍繞所述中心管柱纏繞；第二初級繞組，該第二初級繞組圍繞該中心管柱纏繞；第一次級繞組，該第一次級繞組圍繞該中心管柱纏繞；以及第二次級繞組，該第二次級繞組圍繞該中心管柱纏繞。第一平衡繞組圍繞該第一外部管柱纏繞並且與該第一初級繞組串聯耦合；並且第二平衡繞組圍繞該第二外部管柱纏繞並且與該第二初級繞組串聯耦合。該第一平衡繞組和該第二平衡繞組回應於流過其中的第一電流和第二電流經由互感能夠耦合在一起。

根據本發明內容的另一態樣，一種電源，包括：變壓器，該變壓器具有：芯，該芯包括中心管柱和一對外部管柱；一對初級繞組，該一對初級繞組圍繞該中心管柱纏繞；一對次級繞組，該一對次級繞組圍繞該中心管柱纏繞；第一平衡繞組，該第一平衡繞組圍繞該一對外部管柱中的第一外部管柱纏繞並且經由第一電流路徑與該一對初級繞組中的第一初級繞組串聯耦合；以及第二平衡繞組，該第二平衡繞組圍繞該一對外部管柱中的第二外部管柱纏繞並且經由第二電流路徑與該一對初級繞組中的第二初級繞組串聯耦合。該電源還包括：第一電壓轉換器和第二電壓轉換器，每個電壓轉換器具有被配置為接收有區別的（distinct）輸入電壓的電壓輸入，並且具有耦合在該電壓輸入和該變壓器之間的多個開關。該第一電壓轉換器的該多個開關中的至少一個開關經由該第一電流路徑與該第一初級繞組耦合；並且該第二電壓轉換器的該多個開關中的至少一個開關經由第二電流路徑與該第二初級繞組耦合。該第一平衡繞組回應於流過該第一電流路徑和該第二電流路徑的第一電流和第二電流而經由互感與該第二平衡繞組電感地耦合。

現在將參考圖式更充分地描述本發明內容的實施例。以下描述本質上僅是示例性的，並不意在限制本發明內容、應用或用途。

示例實施方案被提供使得本發明內容將是透徹的，並且將向本領域技術人員充分地傳達範圍。闡述了許多具體的細節，諸如具體的部件、器件和方法的實施例，以提供對本發明內容的實施方案的透徹理解。對於本領域技術人員而言將明顯的是，不需要採用具體的細節，示例實施方案可以許多不同的形式體現，並且兩者都不應被解釋為限制本發明內容的範圍。在一些示例實施方案中，未詳細地描述眾所周知的過程、眾所周知的器件結構和眾所周知的技術。

儘管本文的公開內容是詳細並且準確的，以使本領域技術人員能夠實踐本發明，但是本文公開的物理實施方案僅舉例說明本發明，其可以以其他具體結構體現。雖然已經描述了較佳的實施方案，但是在不脫離由申請專利範圍限定的本發明的情況下可以改變細節。

圖3例示了根據一實施方案的多幹線功率轉換器300的示意圖。一對電壓轉換器301、302被示出。然而，本發明內容的實施方式不限於兩個轉換器。每個電壓轉換器301、302被示出實施為諧振全橋LLC串聯轉換器，並且具有由一對電壓輸入端子303、304——該對電壓輸入端子可與提供相應的輸入電壓V _bulk1、V _bulk2的電壓源305、306耦合——形成的電壓輸入。如本文進一步所描述的，本發明內容的實施方案不限於諧振全橋LLC串聯轉換器。也就是說，用於減少多個功率轉換器之間的電流不平衡的裝置可以有益於諧振轉換器、正向轉換器、基於降壓的轉換器等。LLC電壓轉換器301、302包括開關橋307，該開關橋具有與相應的電壓輸入串聯和並聯耦合的第一對功率開關308、309和與相應的電壓輸入串聯和並聯耦合的第二對功率開關310、311。參考電壓轉換器301，諧振電容器312串聯耦合在功率開關308、309的共用節點313和變壓器316的初級側315上的第一初級繞組（Np1）314的第一端子之間。第一初級繞組314的第二端子進一步與第一平衡繞組（Bal1）317的第一端子串聯耦合，該第一平衡繞組的第二端子進一步與功率開關310、311的共用節點318串聯耦合。參考電壓轉換器302，變壓器316的第二平衡繞組（Bal2）319的第一端子與功率開關308、309的共用節點320串聯耦合，並且第二平衡繞組319的第二端子與變壓器316的第二初級繞組（Np2）321的第一端子耦合。諧振電容器322串聯耦合在第二初級繞組321的第二端子和功率開關310、311的共用節點323之間。

在變壓器316的次級側324上，一對次級繞組325、326耦合到相應的全橋整流電路327、328，以將次級繞組325、326上的交流（AC）感應電流轉換為直流（DC）電流，以用於將電壓輸出329上的輸出電壓輸送到負載330。整流電路327、328被示出為包括四個二極管的全波整流器。在其他配置中，二極管可以使用同步整流器開關來代替。

在一個實施方式中，控制器331被耦合以使用脈衝寬度調製（PWM）訊號332、333來控制電壓轉換器301、302的功率開關308-311。所例示的PWM訊號332、333表示被發送到所有開關308-311的PWM訊號，並且可以包括用於每個功率開關308-311的有區別的PWM控制訊號。控制器331（或另一控制器）也可以被配置為透過隔離部件（諸如光耦合器、變壓器或其他隔離器件）驅動整流電路327、328中的任何功率開關（如果被使用）。控制器331被配置為以同步的方式控制功率開關308-311，使得電壓轉換器301中的功率轉換與電壓轉換器302中的功率轉換同相（in phase）。例如，PWM訊號332、333可以在一個相位中一起控制功率開關308、311的導通狀態和關斷狀態，在另一相位中控制功率開關309、310的導通狀態和關斷狀態。

電壓轉換器301、302可以堆疊佈置或以平行佈置被耦合。當期望高功率、高密度電源時，使用具有電壓轉換器301、302兩者的單個主變壓器316允許空間節省。由於電壓轉換器301、302兩者都向主變壓器316供應電流，所以將初級繞組314、321以緊密耦合的佈置圍繞芯334纏繞可以減少繞組314、321之間的洩漏電感，因為此洩漏電感導致轉換效率低下，諸如當存在較高繞組接近損耗時。電壓源305、306向相應的電壓轉換器301、302提供獨立的電壓。因此，它們可以向電壓轉換器301、302提供不同的電壓和電流，從而導致不同的初級電流i _pri1、i _pri2流過電流路徑335。可替代地，或除此之外，電壓轉換器301、302的部件的公差和構造可能進一步導致不同的初級電流。在如上文所描述的緊密耦合的佈置中，初級電流i _pri1、i _pri2中的電流不平衡導致電流再循環，其中電流從一個電壓轉換器轉移到另一個。例如，如果電壓轉換器中的一個（例如，電壓轉換器301）比另一個（例如，電壓轉換器302）產生更高的初級電流，則電壓轉換器301的初級電流i _pri1的一部分被轉移到電壓轉換器302，而不是如所預期的被轉移到次級繞組325。因此，轉換器效率被降低。

為了解決並且減少或消除流過電流路徑335的初級電流i _pri1、i _pri2之間的電流不平衡，第一平衡繞組317和第二平衡繞組319串聯耦合在相應的電流路徑335中，同時它們以反並聯（anti-parallel）佈置被同時電感地耦合在一起。也就是說，平衡繞組317、319被圍繞相同的芯334纏繞，但是流過它們的初級電流i _pri1、i _pri2的方向使得它們在芯334中產生的通量是彼此相反的。在六個繞組314、317、319、321、325、326被圍繞相同的芯334捲繞的情況下，由點規定（dot convention）指示的並且在本發明內容的圖式中所例示的用於繞組關係的符號被自定義，以唯一地識別各種繞組對之間的關係。繞組關係和它們相應的符號被呈現在下面的表1中。

繞組關係	符號
初級繞組314/次級繞組325	實心圓
初級繞組321/次級繞組326	實心正方形
平衡繞組317/平衡繞組319	實心三角形
初級繞組314/平衡繞組317	輪廓圓
初級繞組321/平衡繞組319	輪廓正方形

表1

參考圖4和圖5，在圖4中例示了被圍繞芯334纏繞的變壓器繞組的繞組協定，並且圖5例示了根據實施例的圖3的多幹線功率轉換器300的簡化電流圖。芯334是多管柱芯，該多管柱芯具有至少三個管柱：中心管柱336、第一外部管柱337以及第二外部管柱338。

如在圖4和圖5中所例示的，初級繞組314和平衡繞組317的繞組關係（如輪廓圓所例示的）與初級電流i _pri1以通量輔助關係流入初級繞組314和平衡繞組317的相應的第一端子相對應。在此關係中，由第一平衡繞組317產生的磁通量339和由第一初級繞組314產生的磁通量340在相同的方向341上（例如，在如圖4中所示出的向下方向上）流過第一外部管柱337。然而，磁通量340在與磁通量339流過第一外部管柱337的方向相反的方向342上流過中心管柱336。然而，磁通量339流過中心管柱336的一部分在與磁通量340的方向相同的方向342上流動。類似地，初級繞組321和平衡繞組319的繞組關係（如輪廓正方形所例示的）與初級電流i _pri2以通量輔助關係流入第二初級繞組321和第二平衡繞組319的相應的第一端子相對應。因此，由第二平衡繞組319產生的磁通量343和由第二初級繞組321產生的磁通量344在相同的向下方向341上流過第二外部管柱338，並且在相同的向上方向342上流過中心管柱336。通量339、340和通量343、344的相應的通量輔助關係在整個芯334中持續。雖然如上文所描述的，通量339、340和通量343、344的關係是通量輔助的，但是由平衡繞組317、319產生的通量339、343的關係是沿著外部管柱337、338的通量反向（flux-opposing）關係。

如在圖4中所例示的，芯334可以被實施為具有上E部分345和下E部分346的EE形芯。每個部分345、346具有中心管柱部分347以及第一外部管柱部分348和第二外部管柱部分349。然而，本文也考慮具有三個或更多個管柱的其他芯幾何形狀。上E部分和下E部分的相應的中心管柱之間的氣隙350呈現顯著高於將平衡線圈通量339、343集中在外部管柱337、338中的芯材料的阻抗。此外，阻抗有助於減少平衡線圈通量339、343變成與初級繞組314、321的通過中心管柱336的通量340、344相加（例如，通量輔助）。磁通量339回應於基於由電壓源305供應的電壓、在電壓轉換器301中產生的初級電流i _pri1而被產生。在電壓轉換器302中產生的初級電流i _pri2是基於由電壓源306供應的電壓。雖然所產生的磁通量339、343在他們相應的管柱337、338內在相同的方向341上流動，但是當從諸如圖4中所例示的相同的角度考慮時，磁通量339以逆時針方式圍繞外部管柱337、338流動，而磁通量343以順時針方式流動。至少部分地由於第一平衡繞組317和第二平衡繞組319之間形成的互感，反向的磁通量339、343減少電流路徑335之間的電流不平衡。第一平衡繞組317和第二平衡繞組319可以鬆散耦合的佈置被圍繞芯334纏繞，以產生能夠為電壓轉換器301、302中的每個提供諧振電感的洩漏電感。因此，平衡繞組317、319可以被設計為具有足夠的洩漏電感，以獲得用於需要這樣的洩漏電感的諧振轉換器應用的期望的Lr。對於不需要這樣的功能的應用，平衡繞組317、319可以被設計為使洩漏分量最小化。

圖4和圖5中所例示的通量輔助佈置的輸出電壓可以基於以下方程式被計算： （方程式1） 其中V _out是輸出電壓，V _in是輸入電壓，N _pri是初級繞組的匝數，N _sec是次級繞組的匝數，N _bal是平衡繞組（或者Bal ₁或者Bal ₂）的匝數。可以示出，考慮到上文所描述的三個管柱的相互作用並且應用磁動勢（magnetomotive force）的疊加，由平衡繞組中的一個產生的磁通量是由中心管柱繞組產生的磁通量的一半。法拉第電磁感應定律將相應的匝數和通量的變化率與跨繞組產生的電壓聯繫起來。因此，透過平衡繞組與初級繞組串聯耦合，有效輸出與輸入匝數比被降低。在一個實施例中，輸出電壓可以根據100V的輸入電壓以及分別為12、4和3的初級、次級和平衡繞組匝數被計算為： （方程式2） 輸出與輸入匝數比的降低產生了比如下文所描述的通量反向佈置更低的輸出電壓。

圖6例示了繞組314、317、319、321、325、326圍繞芯334的可替代繞組協定的一實施例。如所示出的，初級繞組314、321被圍繞中心管柱336的上部分和下部分兩者捲繞，而第一次級繞組325被圍繞中心管柱336的上部分和初級繞組314、321的上部分捲繞。第二次級繞組326被圍繞中心管柱336的下部分和初級繞組314、321的下部分捲繞。

圖7和圖8分別例示了根據另一實施例的圖3的多幹線功率轉換器300的繞組協定和電流圖。如所示出的，初級繞組314、321與相應的平衡繞組317、319的繞組關係與圖4、圖5中所示出的相比已經被改變為在平衡繞組端子上是相反的。因此，初級電流i _pri1、i _pri2被引入到平衡繞組317、319的相反端子中，從而導致通量339在向上方向342上流過第一外部管柱337並且以順時針方向圍繞芯334的外部管柱337、338兩者流動，並且通量343在向上方向342上流過第二外部管柱338並且以逆時針方向圍繞芯334的外部管柱337、338兩者流動。因此，初級繞組314和平衡繞組317的關係以及初級繞組321和平衡繞組319的關係是通量反向的。通量339、340和通量343、344的相應的通量反向關係在整個芯334中持續。與如上文所描述的通量339、340和通量343、344是通量反向關係一起，由平衡繞組317、319產生的通量339、343的關係也是沿著外部管柱337、338的通量反向關係。

雖然由第一初級繞組314和第二初級繞組321產生的磁通量340、344的方向在圖4和圖7中所例示的實施方案中的每個中是相同的，但是由第一平衡繞組317產生的磁通量339的方向在圖4和圖7的實施方案之間是相反的，並且導致在本文中所描述的它們的通量輔助或通量反向關係。類似地，並且由第二平衡繞組319產生的磁通量343的方向在圖4和圖7的實施方案之間是相反的，並且導致在本文中所描述的它們的通量輔助或通量反向關係。然而，在圖4或圖7的每個相應的實施方案內，由平衡繞組317、319產生的通量339、343的方向在相應的外部管柱337、338中是在相同的方向上，這導致它們的關係在芯334的中心管柱336外部的部分中是通量反向的，而不管圖4或圖7的實施方案如何。

圖7和圖8中所例示的通量反向佈置的輸出電壓可以基於以下方程式被計算： （方程式3） 其中方程式1和方程式3之間的差異包括分母部分中的符號變化。因此，有效輸出與輸入匝數比透過平衡繞組與初級繞組串聯耦合而增加。在一實施例中，使用與通量輔助佈置中的上文實施例相同的值，輸出電壓可以被計算為： （方程式4） 輸出與輸入匝數比的增加產生比上文所描述的通量輔助佈置更高的輸出電壓。

圖9例示了根據另一實施方案的LLC多幹線功率轉換器900的實施例。圖9中的功率轉換器901、902被例示為圖3的功率轉換器301、302的半橋LLC轉換器實施方式。取代功率轉換器301、302的功率開關310、311的是電容器903、904。變壓器316的繞組被示出耦合在一起並且如上文所描述的那樣操作。

圖10例示了根據另一實施方案的多幹線功率轉換器1000的部分。功率轉換器1000的初級側315部分可以如上文所描述的那樣被實施。在所例示的實施方案中，次級側324被實施為全波整流器1001。

圖11例示了用於為本文中所描述的多幹線功率轉換器的電壓輸入提供不同的和有區別的電壓的電壓供應源1100。例如，電壓供應源1100可以提供圖3、圖5、圖8和圖9中所例示的輸入電壓V _bulk1、V _bulk2。電壓供應源1100是AC/DC功率轉換器，其被配置為將來自AC電壓源1101（例如，電力網）的AC輸入電壓轉換為多個輸入電壓V _bulk1、V _bulk2。圖12例示了用於為本文中所描述的多幹線功率轉換器的電壓輸入提供不同的和有區別的電壓的多個電壓源1200、1201。電壓源1200耦合到第一電壓源1202，並且電壓供應源1201耦合到第二電壓源1203。第一電壓源1202和第二電壓源1203是有區別的源並且可以是AC源或DC源。基於本文中所公開的實施方案，由於由電壓供應源1100、1200、1201提供的完全不同的電壓導致的多幹線功率轉換器的初級電流的差異或不平衡可以被顯著地減少和/或消除。

根據實施方案，添加與主變壓器初級繞組串聯的反向耦合（例如，通量取消）的平衡繞組在單個變壓器封裝中的幹線之間強制電流共享。以通量輔助或通量反向佈置設計初級繞組和平衡繞組提供了定制輸出電壓和磁化通量參數的自由度。

雖然僅結合有限數目的實施方案詳細描述了本發明，但是應容易理解，本發明不限於這樣的所公開的實施方案。相反，本發明可以被修改以納入在這之前未被描述但與本發明內容之精神和範圍相稱的任何數目的變化、更改、替換或等效佈置。此外，雖然已經描述了本發明內容的多個實施方案，但是應理解，本發明內容的各態樣可以僅包括所描述的實施方案中的一些。因此，本發明不應被視為受前述描述限制，而是僅受所附申請專利範圍的範圍限制。

100:電源 101:DC/DC功率轉換器 102:DC/DC功率轉換器 103:電壓源 104:電壓源 105:主變壓器 106:整流器 107:負載 108:電壓輸出 200:初級電流 201:初級電流 202:輸入電壓 203:輸入電壓 300:多幹線功率轉換器 301:電壓轉換器 302:電壓轉換器 303:電壓輸入端子 304:電壓輸入端子 305:電壓源 306:電壓源 307:開關橋 308:功率開關 309:功率開關 310:功率開關 311:功率開關 312:諧振電容器 313:共用節點 314:初級繞組 315:初級側 316:主變壓器 317:平衡繞組 318:共用節點 319:平衡繞組 320:共用節點 321:初級繞組 322:諧振電容器 323:共用節點 324:次級側 325:次級繞組 326:次級繞組 327:整流電路 328:整流電路 329:電壓輸出 330:負載 331:控制器 332:脈衝寬度調製訊號 333:脈衝寬度調製訊號 334:芯 335:電流路徑 336:中心管柱 337:外部管柱 338:外部管柱 339:磁通量 340:磁通量 341:方向 342:方向 343:磁通量 344:磁通量 345:上E部分 346:下E部分 347:中心管柱部分 348:外部管柱部分 349:外部管柱部分 350:氣隙 900:LLC多幹線功率轉換器 901:功率轉換器 902:功率轉換器 903:電容器 904:電容器 1000:多幹線功率轉換器 1001:全波整流器 1100:電壓供應源 1101:AC電壓源 1200:電壓供應源 1201:電壓供應源 1202:第一電壓源 1203:第二電壓源

圖式例示了目前設想的用於實現本發明的實施方案。

在圖式中：

圖1是在一實施例中經受電流不平衡的已知多幹線功率轉換器的示意圖。

圖2例示了模擬的電壓和電流曲線，該電壓和電流曲線例示了在一實施例中由於到圖1的功率轉換器的不同的輸入電壓引起的電流不平衡的影響。

圖3例示了根據一實施方案的多幹線功率轉換器的示意圖。

圖4例示了根據一實施方案的主變壓器的繞組佈置。

圖5例示了根據一實施方案的基於圖4的繞組佈置的圖3的多幹線功率轉換器的簡化電流圖。

圖6例示了根據另一實施方案的主變壓器的繞組佈置。

圖7例示了根據另一實施方案的主變壓器的繞組佈置。

圖8例示了根據一實施方案的基於圖7的繞組佈置的圖3的多幹線功率轉換器的簡化電流圖。

圖9例示了根據另一實施方案的圖3的多幹線功率轉換器的一部分的示意圖。

圖10例示了根據另一實施方案的圖3的多幹線功率轉換器的一部分的示意圖。

圖11例示了根據一實施方案的電源。

圖12例示了根據一實施方案的多個電源。

雖然本發明內容易於做出各種改型和替代形式，但是其具體實施方案已經透過實施例的方式被示出在圖式中，並且在本文中被詳細描述。然而，應理解，本文對具體實施方案的描述並不意在將本發明內容限制於所公開的特定形式，而是相反，目的是涵蓋落入本發明內容的精神和範圍內的所有改型、均等物和替代方案。應注意，在圖式的所有若干視圖中，對應的元件符號指示對應的部分。

300:多幹線功率轉換器

301:電壓轉換器

302:電壓轉換器

303:電壓輸入端子

304:電壓輸入端子

305:電壓源

306:電壓源

307:開關橋

308:功率開關

309:功率開關

310:功率開關

311:功率開關

312:諧振電容器

313:共用節點

314:初級繞組

315:初級側

316:主變壓器

317:平衡繞組

318:共用節點

319:平衡繞組

320:共用節點

321:初級繞組

322:諧振電容器

323:共用節點

324:次級側

325:次級繞組

326:次級繞組

327:整流電路

328:整流電路

329:電壓輸出

330:負載

331:控制器

332:脈衝寬度調製訊號

333:脈衝寬度調製訊號

Claims (20)

1. 一種電壓互感器，包括： 多管柱變壓器芯，包括： 中心管柱； 第一外部管柱；以及 第二外部管柱； 第一初級繞組，該第一初級繞組圍繞該中心管柱纏繞； 第二初級繞組，該第二初級繞組圍繞該中心管柱纏繞； 第一次級繞組，該第一次級繞組圍繞該中心管柱纏繞； 第二次級繞組，該第二次級繞組圍繞該中心管柱纏繞； 第一平衡繞組，該第一平衡繞組圍繞該第一外部管柱纏繞並且與該第一初級繞組串聯耦合；以及 第二平衡繞組，該第二平衡繞組圍繞該第二外部管柱纏繞並且與該第二初級繞組串聯耦合； 其中該第一平衡繞組和該第二平衡繞組回應於流過其中的第一電流和第二電流經由互感能夠耦合在一起。
2. 如請求項1所述之電壓互感器，其中該多管柱變壓器芯包括： 第一構件，該第一構件包括中心管柱部分、第一外部管柱部分和第二外部管柱部分；以及 第二構件，該第二構件鄰接該第一構件並且包括中心管柱部分、第一外部管柱部分和第二外部管柱部分。
3. 如請求項2所述之電壓互感器，其中該第一次級繞組圍繞該第一構件的該中心管柱部分纏繞；並且 其中該第二次級繞組圍繞該第二構件的該中心管柱部分纏繞。
4. 如請求項3所述之電壓互感器，其中該第一平衡繞組圍繞該第一構件的該第一外部管柱部分和該第二構件的該第一外部管柱部分纏繞；並且 其中該第二平衡繞組圍繞該第一構件的該第二外部管柱部分和該第二構件的該第二外部管柱部分纏繞。
5. 如請求項3所述之電壓互感器，其中該第一初級繞組圍繞該第一構件的該中心管柱部分纏繞；並且 其中該第二初級繞組圍繞該第二構件的該中心管柱部分纏繞。
6. 如請求項5所述之電壓互感器，其中該第一初級繞組和該第一次級繞組圍繞該第一構件的該中心管柱部分纏繞；並且 其中該第二初級繞組和該第二次級繞組圍繞該第二構件的該中心管柱部分纏繞。
7. 如請求項6所述之電壓互感器，其中氣隙將該第一構件的該中心管柱部分與該第二構件的該中心管柱部分分離。
8. 如請求項7所述之電壓互感器，其中該第一構件的該第一外部管柱部分在沒有氣隙的情况下鄰接該第二構件的該第一外部管柱部分；並且 其中該第一構件的該第二外部管柱部分在沒有氣隙的情况下鄰接該第二構件的該第二外部管柱部分。
9. 如請求項8所述之電壓互感器，其中該第一平衡繞組圍繞該第一構件的該第一外部管柱部分和該第二構件的該第一外部管柱部分纏繞；並且 其中該第二平衡繞組圍繞該第一構件的該第二外部管柱部分和該第二構件的該第二外部管柱部分纏繞。
10. 如請求項2所述之電壓互感器，其中該第一次級繞組和該第二次級繞組圍繞該第一構件和該第二構件兩者的中心管柱部分纏繞。
11. 一種電源，包括： 變壓器，該變壓器包括： 芯，該芯包括中心管柱和一對外部管柱； 一對初級繞組，該一對初級繞組圍繞該中心管柱纏繞； 一對次級繞組，該一對次級繞組圍繞該中心管柱纏繞； 第一平衡繞組，該第一平衡繞組圍繞該一對外部管柱中的第一外部管柱纏繞並且經由第一電流路徑與該一對初級繞組中的第一初級繞組串聯耦合；以及 第二平衡繞組，該第二平衡繞組圍繞該一對外部管柱中的第二外部管柱纏繞並且經由第二電流路徑與該一對初級繞組中的第二初級繞組串聯耦合； 第一電壓轉換器和第二電壓轉換器，每個電壓轉換器包括： 電壓輸入，該電壓輸入被配置爲接收有區別的輸入電壓； 多個開關，該多個開關耦合在該電壓輸入和該變壓器之間； 其中該第一電壓轉換器的該多個開關中的至少一個開關經由該第一電流路徑與該第一初級繞組耦合；並且 其中該第二電壓轉換器的該多個開關中的至少一個開關經由第二電流路徑與該第二初級繞組耦合； 其中該第一平衡繞組回應於流過該第一電流路徑和該第二電流路徑的第一電流和第二電流而經由互感與該第二平衡繞組電感地耦合。
12. 如請求項11所述之電源，其中： 在正電壓功率遞送操作期間沿著該第一電流路徑流動的該第一電流被配置爲： 在第一方向上產生通過該中心管柱的第一磁通量；以及 在第二方向上產生通過該第一外部管柱的第二磁通量； 在該正電壓功率遞送操作期間沿著該第二電流路徑流動的該第二電流被配置爲： 在第三方向上產生通過該中心管柱的第三磁通量；以及 在第四方向上產生通過該第二外部管柱的第四磁通量。
13. 如請求項12所述之電源，其中該第一方向和該第三方向在相同的方向上；並且 其中該第二方向和該第四方向在與該第一方向和該第三方向的方向相反的方向上。
14. 如請求項12所述之電源，其中該第一方向、該第二方向、該第三方向和該第四方向在相同的方向上。
15. 如請求項12所述之電源，其中該第二磁通量與該第四磁通量處於通量反向關係。
16. 如請求項15所述之電源，其中該第一磁通量與該第二磁通量處於通量輔助關係；並且 其中該第三磁通量與該第四磁通量處於通量輔助關係。
17. 如請求項15所述之電源，其中該第一磁通量與該第二磁通量處於通量反向關係；並且 其中該第三磁通量與該第四磁通量處於通量反向關係。
18. 如請求項11所述之電源，其中該芯包括： 第一構件，該第一構件包括中心管柱部分、第一外部管柱部分和第二外部管柱部分；以及 第二構件，該第二構件鄰接該第一構件並且包括中心管柱部分、第一外部管柱部分和第二外部管柱部分；並且 其中氣隙將該第一構件的該中心管柱部分與該第二構件的該中心管柱部分分離。
19. 如請求項18所述之電源，其中該第一構件的該第一外部管柱部分在沒有氣隙的情况下鄰接該第二構件的該第一外部管柱部分； 其中該第一構件的該第二外部管柱部分在沒有氣隙的情况下鄰接該第二構件的該第二外部管柱部分； 其中該第一平衡繞組圍繞該第一構件的該第一外部管柱部分和該第二構件的該第一外部管柱部分纏繞；並且 其中該第二平衡繞組圍繞該第一構件的該第二外部管柱部分和該第二構件的該第二外部管柱部分纏繞。
20. 如請求項11所述之電源，其中該多個開關中的開關以全橋佈置耦合在一起。