[发明专利]一种有源多路隔离的输出电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力电子技术中使用的多路直流输出电源，尤其涉及一种适用于高电压和大功率等场合应用的有源多路隔离的输出电源。

背景技术

电力电子技术的迅猛发展，使得有源多路隔离的输出电源装置的应用越来越广泛。例如，有源电力滤波器(Active Power Filter，简称APF)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功功率的新型电力电子装置。它能够对大小和频率都发生变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿，之所以称为有源，顾名思义该装置需要提供高电压和大功率的多路隔离输出电源。

请参阅图1，图1为现有技术中的多路隔离输出电源的电路示意图。如图所示，通常情况下，在多路隔离输出电源的原边电路侧，由全桥电路、半桥电路、正激电路、反激电路或其它一些电路将交流电源提供到输入端AB，各路变压器T1～Tn的原边侧输入端AB直接并联在交流电源输入端；而在多路隔离输出电源的副边电路侧，每个变压器T1～Tn隔离输出端输出的交流电，经过整流装置整流后得到直流电源，以供所连接的多路负载供电。

然而，由于隔离变压器T1～Tn在原边电路侧均为直接并联连接，且各路变压器T1～Tn副边侧所承载的负载大小不同，因此，这种连接方式会使各隔离变压器T1～Tn原边侧电路之间相互产生环流。此环流会使该隔离变压器T1～Tn产生磁偏，如果该磁偏量达到一定的阈值，就会造成隔离变压器T1～Tn的饱和。因此，为了防止隔离变压器T1～Tn饱和，即确保在任何情况下磁偏不会造成隔离变压器T1～Tn饱和，隔离变压器T1～Tn需要增加设计余量。

下面通过图2和图3具体解释一下磁偏是怎样产生的。需要说明的是，为叙述方便起见，图中变压器的数量仅为两个，即第一变压器T1和第二变压器T2。

请参阅图2，图2为现有技术中采用有源多路隔离输出电源电路中的两个变压器T1和T2原边侧直接并联的等效电路图。其中，Lm1和Lm2为并联变压器T1和T2的等效激磁电感，Vo1和Vo2为变压器T1和T2副边侧经整流后的直流电压；在隔离变压器T1和T2副边侧分别串接的一个开关器件(即二极管D1和D2)以及分别并接于有源多路隔离输出电源的两个输出端的电容C1和C2。

请参阅图3，图3为图2所示电路在具有两个不同负载情况下的环流分析示意图。如图所示，V_AB是加载在AB端的交流电压波形。在t0～t1时间段内，V_AB是正电压，同时变压器T1和T2原边侧的电流波形理论上为iT所示，即为正向三角波。其中，由于激磁电感的存在，两个变压器T1和T2原边侧的电流波形包含激磁电流成分iLm(iLm1和iLm2)，电流iT和iLm1两者之差为向第一变压器副边侧导通的电流，电流iT和iLm2两者之差为向第二变压器副边侧导通的电流。在t1时刻，V_AB电压突然从正向变为负向，分别向第一变压器T1和第二变压器T2副边侧导通的电流会突然截止，但由于电磁电流iLm(iLm1和iLm2)不能突变，在t1～t2时刻，激磁电流iLm(iLm1和iLm2)会慢慢降低直到为零，同时V_AB电压归零。在这种情况下，如果V_AB的正向面积和负向面积相等，也即满足电磁学中的伏秒平衡，这样变压器T1和T2原边侧的激磁电流iLm(iLm1和iLm2)才可以归零，其磁芯才能激磁复位，不会产生饱和。

然而，从图中可以看出，两个变压器T1和T2在原边侧是直接并联在一起的，由于这两个变压器T1和T2在副边侧的输出负载可能不同，造成Vo1和Vo2的大小略有区别，这时会造成变压器激磁电流上升斜率的不一致，如图3中的iLm1和iLm2所示，而在电压变负后，即在t1～t2时刻点，两电流iLm1和iLm2又以各自的下降速率下降，直到两者电流之和变为零(即图中t2～t3时刻)，以及V_AB归零。但在图中t2～t3时刻，无论iLm1还是iLm2，都没有归零，且电流iLm2已反向为负，因此，在两个变压器T1和T2原边侧电路中相互间形成了环流。更为糟糕的是，在下一个周期(即图中t3～t4时刻)以及之后，iLm1和iLm2会越来越发散，直到失控。经过几个周期变大的电流，致使磁芯中的磁通变大直到磁芯饱和。为了防止这种现象的发生，传统的做法为将变压器T1和T2的体积做得很大，以便有很大的磁芯饱和余量，即使在激磁电流和偏磁很大的情况下，其磁芯也不会饱和。

因此，如何避免电源隔离变压器原边侧的环流所导致的变压器饱和，且使变压器及整个电源体积更小、重量更轻便，实为目前迫切需要解决的课题。

发明内容