适用均衡功率转换模块的功率转换装置的制作方法

本发明涉及一种功率转换装置，尤其涉及一种如下功率转换装置，其用于消除并联连接的多个功率转换模块的输出端之间的输出功率的不均衡。

背景技术：

功率转换装置利用于多种装置和设备中。随着对功率转换装置标准化的要求，正在研发多个模块型功率转换装置，其通过并联使用多个功率转换模块来执行所需功率量的转换，而不是用一个功率转换装置转换所有功率。

然而，上述模块型功率转换装置即使以相同的方式制造和使用多个模块，各个模块的特性也会根据长时间的运行一点点改变，且部分部件也会发生故障。

在模块型功率转换装置中，多个功率转换模块被设计为输出相同的功率，但在上述情况下，存在由于多个功率转换模块的电感变化，导致在输出端之间发生功率不均衡的问题。

当发生上述功率不均衡时，特定模块会处理更多功率来调节相应变化量的功率，因此，存在由于更多压力而发生故障或寿命缩短的恶循环的问题。

为了解决上述功率不均衡的问题，已公开了一种技术，其在各个模块添加传感器来感测功率量或各个模块共享功率量来单独控制特定模块的功率转换。并且，还公开了一种技术，其在变压器的二次侧的两个线圈之间提供均衡的连接。

但在上述现有技术中，也未能根本性地消除由于各个模块型功率转换模块的特性差异和变化所导致的功率的不均衡。

技术实现要素：

发明所要解决的问题

本发明为解决上述现有技术中的问题所提出，其目的在于提供一种功率转换装置，其通过调节并联运行的多个功率转换模块的连接来消除各个功率转换模块的输出端之间的输出功率的不均衡。

用于解决问题的方案

根据本发明一实施例的功率转换装置中，第一功率转换模块和第二功率转换模块并联连接，上述第一功率转换模块及上述第二功率转换模块分别包括：第一电路部，其具有两个输出端子；第二电路部，其具有两个输出端子；磁芯，其形成磁场路径；一次侧第一线圈，其缠绕在上述磁芯的一次侧，且具有两个连接端子；一次侧第二线圈，其缠绕在上述磁芯的一次侧，且具有两个连接端子；以及二次侧线圈，其缠绕在上述磁芯的二次侧，上述第一功率转换模块的第一电路部的两个输出端子与上述第一功率转换模块的一次侧第二线圈的两个连接端子连接，上述第一功率转换模块的第二电路部的两个输出端子与上述第二功率转换模块的一次侧第一线圈的两个连接端子连接，且上述第二功率转换模块的第一电路部的两个输出端子与上述第二功率转换模块的一次侧第二线圈的两个连接端子连接，上述第二功率转换模块的第二电路部的两个输出端子与上述第一功率转换模块的一次侧第一线圈的两个连接端子连接。

并且，根据本发明另一实施例的功率转换装置中，第一功率转换模块和第二功率转换模块并联连接，上述第一功率转换模块及上述第二功率转换模块分别包括：第一电路部，其具有两个输出端子；第二电路部，其具有两个输出端子；磁芯，其形成磁场路径；一次侧第一线圈，其缠绕在上述磁芯的一次侧，且具有两个连接端子；一次侧第二线圈，其缠绕在上述磁芯的一次侧，且具有两个连接端子；以及二次侧线圈，其缠绕在上述磁芯的二次侧，并且，上述第一功率转换模块的第一电路部的两个输出端子与上述第一功率转换模块的一次侧第一线圈的两个连接端子连接，上述第一功率转换模块的第二电路部的两个输出端子与上述第二功率转换模块的一次侧第一线圈的两个连接端子连接，且上述第二功率转换模块的第一电路部的两个输出端子与上述第一功率转换模块的一次侧第二线圈的两个连接端子连接，上述第二功率转换模块的第二电路部的两个输出端子与上述第二功率转换模块的一次侧第二线圈的两个连接端子连接。

本发明中，上述第一电路部及上述第二电路部分别包括由多个半导体开关及电容构成的全桥(full-bridge)开关电路或半桥(half-bridge)开关电路。

本发明中，上述第一电路部的半导体开关及上述第二电路部的半导体开关均一同开启或关闭。

本发明中，上述第一功率转换模块及上述第二功率转换模块的二次侧线圈包括，形成在上述二次侧线圈的两端部的两个连接端子和形成在上述二次侧线圈的中间点的一个连接端子，且形成在上述第一功率转换模块的第二线圈的两端部的两个连接端子与形成在上述第二功率转换模块的第二线圈的两端部的两个连接端子共同连接形成(+)输出端，且形成在上述第一功率转换模块的二次侧线圈的中间点的连接端子与形成在上述第二功率转换模块的二次侧线圈的中间点的连接端子共同连接形成(-)输出端。

发明效果

根据本发明，通过并联连接具有相同结构的多个功率转换模块来构成多输出端时，可以消除上述多输出端中的功率不均衡。

附图说明

图1是根据本发明实施例的适用均衡功率转换模块的功率转换装置的概念图。

图2是根据本发明一实施例的适用均衡功率转换模块的功率转换装置的结构图。

图3是根据本发明另一实施例的适用均衡功率转换模块的功率转换装置的结构图。

图4是示出在根据本发明的功率转换装置中进行消除多输出端子之间的功率不均衡的实验的结果的图。

具体实施方式

以下，通过示例性的附图对本发明的实施例进行详细说明。应当注意，在对各个附图的结构要素添加附图标记时，即使相同的结构要素示出在不同的附图中，也尽可能使其具有相同的附图标记。并且，在对本发明的实施例进行说明时，若判断为对相关的公知结构或功能的具体说明会妨碍对本发明实施例的理解时，则省略对其的详细说明。

并且，在说明本发明实施例的结构要素时，可以使用第一、第二、a、b、(a)、(b)等术语。这些术语仅用于将结构要素与其他结构要素进行区分，上述术语并不限定该结构要素的本质、次序或顺序等。当记载有某个结构要素与其他结构要素“连接”、“结合”或“相连”时，其结构要素可以与该其他结构要素直接连接或相连，但应理解为各个结构要素之间也可以有其他结构要素“连接”、“结合”或“相连”。

图1是根据本发明实施例的适用均衡功率转换模块的功率转换装置的概念图。

参照图1，根据本发明的适用均衡功率转换模块的功率转换装置(以下称为功率转换装置)100中，两个功率转换模块110并联连接。这些功率转换模块110分别包括：第一电路部111、第二电路部112、磁芯113、磁芯113的一次侧第一线圈114及一次侧第二线圈115、磁芯113的二次侧线圈116。即，两个功率转换模块110分别包括相同结构。对相同的结构，省略其附图标记。

第一电路部111形成有两个输出端子，即第一输出端子x1和第二输出端子x2，第二电路部112也形成有两个输出端子，即第三输出端子x3和第四输出端子x4。

这些第一电路部111及第二电路部112分别包括由多个半导体开关1111、1121及电容1112、1122构成的全桥(full-bridge)式或半桥(half-bridge)式开关电路。

因此，在第一电路部111及第二电路部112中，根据开关控制部(未图示)的控制信号开启(turn-on)/关闭(turn-off)多个半导体开关1111、1121,从而对于输入电压，电流通过两个输出端子(x1、x2及x3、x4)输出。本实施例中，优选地，第一电路部111的半导体开关1111和上述第二电路部112的半导体开关1121均一同动作，为此，一同开启和关闭。

磁芯(core)113的一侧缠绕有一次侧线圈，另一侧缠绕有二次侧线圈，由通过一次侧线圈的电流提供磁场路径，并且通过这种磁场，在二次侧线圈中感应出电压。

一次侧第一线圈114和一次侧第二线圈115分别缠绕在磁芯113的一次侧。此时，优选地，一次侧第一线圈114及一次侧第二线圈115以相同的圈数缠绕在一次侧。一次侧第一线圈114的两端形成有两个连接端子，即第一、第二连接端子y1、y2，且一次侧第二线圈115的两端也形成有两个连接端子，即第三、第四连接端子y3、y4。

二次侧线圈116缠绕在磁芯113的二次侧。这种二次侧线圈116在其两端形成有两个连接端子，即第五、第六连接端子z1、z2。在另一个实施例中，优选地，在二次侧线圈116的中间点还可以形成有第七连接端子z3。

以下，参照图2及图3的示例图对本发明进行详细说明。

图2是根据本发明一实施例的适用均衡功率转换模块的功率转换装置的结构图，图3是根据本发明另一实施例的适用均衡功率转换模块的功率转换装置的结构图。

首先，如图2所示的一实施例，在根据本发明的功率转换装置100中，第一功率转换模块110a和第二功率转换模块110b并联连接。

第一功率转换模块110a包括：第一电路部111a及第二电路部112a，其由多个功率半导体开关和电容构成；磁芯113a，其提供磁场的路径，上述磁场由通过缠绕线圈的电流所产生；一次侧第一线圈114a及一次侧第二线圈115a，其缠绕在上述磁芯113a的一次侧；及二次侧线圈116a，其缠绕在磁芯113a的二次侧。

并且，第一电路部111a形成有第一输出端子x1和第二输出端子x2，第二电路部112a形成有第三输出端子x3和第四输出端子x4。并且，一次侧第一线圈114a形成有第一连接端子y1和第二连接端子y2，一次侧第二线圈115a形成有第三连接端子y3和第四连接端子y4。

第二功率转换模块110b具有与第一功率转换模块110a相同的结构。即，第二功率转换模块110b包括：第一电路部111b及第二电路部112b，其由多个功率半导体开关和电容构成；磁芯113b，其提供磁场的路径，上述磁场由通过线圈的电流所产生；一次侧第一线圈114b及一次侧第二线圈115b，其缠绕在磁芯113b的一次侧；及二次侧线圈116b，其缠绕在磁芯113b的二次侧。

并且，第一电路部111b形成有第一输出端子x1和第二输出端子x2，第二电路部112b形成有第三输出端子x3和第四输出端子x4。并且，一次侧第一线圈114b形成有第一连接端子y1和第二连接端子y2，一次侧第二线圈115b形成有第三连接端子y3和第四连接端子y4。

此时，第一功率转换模块110a的第一电路部111a的第一、第二输出端子x1、x2与第一功率转换模块110a的一次侧第二线圈115a的第三、第四连接端子y3、y4连接，且第一功率转换模块110a的第二电路部112a的第三、第四输出端子x3、x4与第二功率转换模块110b的一次侧第一线圈114b的第一、第二连接端子y1、y2连接。

并且，第二功率转换模块110b的第一电路部111b的第一、第二输出端子x1、x2与第二功率转换模块110b的一次侧第二线圈115b的第三、第四连接端子y3、y4连接，且第二功率转换模块110b的第二电路部112b的第三、第四输出端子x3、x4与第一功率转换模块110a的一次侧第一线圈114a的第一、第二连接端子y1、y2连接。

如上所述，通过使第一及第二功率转换模块110a、110b的第一、第二电路部的输出端子与一次侧第一、第二线圈的连接端子交叉连接，从而可以消除由于两个磁芯113a、113b(分别包括在两个功率转换模块110a、110b)之间的缠绕线圈的电感或阻抗等的差异而导致的两个功率转换模块110a、110b之间的输出功率的不均衡。这可通过以构成两个均衡(balanced)功率转换模块的方式连接电路部和线圈来实现。

更具体地，由于第一功率转换模块110a的第一磁芯113a和第二功率转换模块110b的第二磁芯113b之间的特性差异，即由于长时间使用造成的参数差异、缠绕的线圈之间的误差、缠绕线圈的电感或阻抗等的差异，各个磁芯113a、113b输出的电流可能会不同。由于这种电流的差异，会在输出端发生功率差，从而导致功率不均衡。

作为一例，由于两个功率转换模块110a、110b的第一、第二磁芯113a、113b之间的特性差异，当缠绕在第一磁芯113a的一次侧第一、第二线圈的电感分别为50μh，缠绕在第二磁芯113b的一次侧第一、第二线圈的电感分别为60μh时，从第一、第二功率转换模块110a、110b输出的电流具有与两个电感的差异相对应的值，从而导致功率不均衡。

较佳地，由于两个磁芯113a、113b的各个线圈的电感相同，因此，两个功率转换模块110a、110b的输出电流应相同。但如上所述，由于磁芯之间的特性差异导致电流的差异，结果，各个输出端的功率不均衡是不可避免的。

因此，在本发明中，通过使第一、第二功率转换模块110a、110b的第一、第二电路部与一次侧的第一、第二线圈的连接部分交叉(cross)，从而防止功率不均衡。即上述的一例中，第一功率转换模块110a中缠绕在第一磁芯113a的一次侧第一线圈的电感为50μh，缠绕在第二磁芯113b的一次侧第二线圈的电感为60μh，且第二功率转换模块110b中缠绕在第一磁芯113a的一次侧第二线圈的电感为50μh，缠绕在第二磁芯113b的一次侧第一线圈的电感为60μh，使得施加在第一、第二功率转换模块110a、110b的电感均为50μh和60μh之和，从而使输出端所输出的电流互相相同。

在图3所示的其他实施例中，第一功率转换模块110a的第一电路部111a的第一、第二输出端子x1、x2与第一功率转换模块110a的一次侧第一线圈114a的第一、第二连接端子y1、y2连接，第一功率转换模块110a的第二电路部112a的第三、第四输出端子x3、x4与第二功率转换模块110b的一次侧第一线圈114b的第一、第二连接端子y1、y2电连接。

并且，第二功率转换模块110b的第一电路部111b的第一、第二输出端子x1、x2与第一功率转换模块110a的一次侧第二线圈115a的第三、第四连接端子y3、y4连接，第二功率转换模块110b的第二电路部112b的第三、第四输出端子x3、x4与第二功率转换模块110b的一次侧第二线圈115b的第三、第四连接端子y3、y4电连接。

如上所述，通过使第一及第二功率转换模块110a、110b的第一、第二电路部的输出端子与一次侧第一、第二线圈的连接端子交叉连接，从而能够以相同于图2的原理消除两个功率转换模块110a、110b之间的功率不均衡。

如此，在图3中也将两个功率转换模块110a、110b的第一、第二电路部与一次侧的第一、第二线圈的连接部分交叉(cross)，以防止功率的不均衡。即在图3的上述例中，施加在第一、第二功率转换模块110a、110b的电感均为50μh和60μh之和，从而使输出端所输出的电流互相相同。

一方面，在图2及图3，形成在第一功率转换模块110a的二次侧线圈116a的两端部的两个连接端子z1、z2与形成在与第一功率转换模块110a相邻的第二功率转换模块110b的二次侧线圈116b的两端部的两个连接端子z1、z2相互共同连接形成(+)输出端，且形成在第一功率转换模块110a的二次侧线圈116a的中间点的连接端子z3与形成在第二功率转换模块110b的二次侧线圈116b的中间点的连接端子z3相互共同连接形成(-)输出端。

如上所述，在根据本发明的一实施例中，第一功率转换模块110a的第一电路部111a的输出端子与第一功率转换模块110a的一次侧第二线圈115a的连接端子连接，第一功率转换模块110a第二电路部112a的输出端子与第二功率转换模块110b的一次侧第一线圈114b的连接端子连接，且第二功率转换模块110b的第一电路部111b的输出端子与第二功率转换模块110b的一次侧第二线圈115b的连接端子连接，第二功率转换模块110b的第二电路部112b的输出端子与第一功率转换模块110a的一次侧第一线圈114a的连接端子连接。

在本发明的另一实施例中，第一功率转换模块110a的第一电路部111a的输出端子与第一功率转换模块110a的一次侧第一线圈114a的连接端子连接，第一功率转换模块110a的第二电路部112a的输出端子与第二功率转换模块110b的一次侧第一线圈114b的连接端子连接，且第二功率转换模块110b的第一电路部111b的输出端子与第一功率转换模块110a的一次侧第二线圈115a的连接端子连接，第二功率转换模块110b的第二电路部112b的输出端子与第二功率转换模块110b的一次侧第二线圈115b的连接端子连接。

如上述两个实施例，通过使第一、第二电路部与一次侧第一、第二线圈连接，从而可以消除由于两个磁芯113a、113b(分别包括在第一、第二功率转换模块110a、110b)之间的缠绕线圈的电感或阻抗等的差异而导致的两个功率转换模块110a、110b之间的功率不均衡。

图4是示出在根据本发明的功率转换装置中进行消除多输出端子之间的功率不均衡的实验的结果的图。

为了实验性地观察根据本发明功率转换装置消除功率不均衡，在图2和图3的功率转换装置中，任意不同地设置缠绕在两个磁芯的线圈的电感。作为具体示例，在电感分别为10μh的第一、第二功率转换模块，任意改变漏电感的偏差，其中，将第一功率转换模块的电感设置为120％的12μh，将第二功率转换模块的电感设置为80％的8μh。此时，输出电流a设置为300a。

其结果，如图4的(a)所示，根据本发明的第一、第二功率转换模块中，由于各个输出端的电感均衡，因此两个功率转换模块的各个输出端的功率b相同，均为6.15kw。

为了比较上述结果，图4的(b)示出了当在图1中将x1、x2分别与y1、y2连接，将x3、x4分别与y3、y4连接时的在两个功率转换模块的各个输出端中的功率。当然，条件与图2和图3相同。

由图4的(b)可知，在第一、第二功率转换模块中，各个输出端由于电感的不均衡而导致电流不均衡，使得第一功率转换模块的功率c为5.1kw，第二功率转换模块的功率d为7.2kw，从而导致功率不均衡。

如上所述，本发明中，当并联连接多个功率转换模块来构成功率转换装置时，相互连接功率转换模块的电路部与缠绕在磁芯的线圈，在这种连接中，与相邻的功率转换模块至少部分相互交叉连接，从而最小化各个输出端的特性差异，进而消除多输出端中的功率不均衡。

在上文中，虽然构成本发明的实施例的所有结构要素被描述成结合为一个或结合来进行动作，但是本发明并不限于这些实施例。即只要在本发明的目的范围内，所有结构要素都可以选择性地结合为一个以上来进行动作。并且，以上所记载的“包括”、“构成”或“具有”等术语，在没有相反记载的情况下，指包含该结构要素，因此应理解为还可以包括其他结构要素，而不是排除其他结构要素。包括技术或科学术语的所有术语，在没有其他定义的情况下，具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。针对诸如在通常所使用的词典中已经被定义的术语，应解释成与相关技术的上下文所表示的意思一致，并且在本发明未明确定义的情况下，不应解释成理想化或者过于形式化的含义。

以上的说明仅为对本发明技术思想的示例性说明，只要是本发明所属技术领域的普通技术人员，在不超出本发明的本质特性的范围内，可以进行多种修改和变形。因此，本发明所公开的实施例是用于说明而不是用于限定本发明的技术思想，本发明的技术思想的范围不会由这些实施例而被限定。本发明的保护范围应由权利要求书来解释，并且与其在同等范围内的所有技术思想应解释为包括在本发明的权利范围内。