[发明专利]利用单个变压器在独立功率端口之间的功率传递

说明书

技术领域

本发明总体涉及功率端口，更具体地涉及多个功率端口之间的功率传递。

背景技术

功率输送系统通常向多个位置以及从多个位置传递功率。这样的示例系统是太阳能输送系统和汽车功率处理系统。太阳能输送系统的一个实例是用于家庭消费的太阳能输送系统。光伏(PV)电池将来自所接收的太阳光的能量转变为电能。然后所述功率输送系统将该电能传递至家中的各个位置。功率可从PV电池(PV cell)传递至用于功率存储的蓄电池(battery)。此外，功率可被转换为用于常规壁式插座的高压ac，以向电子设备供电。通常，电流系统使用至少两个独立的设备，它们用于在太阳能输送系统中传递功率。一个设备——其被称为最大功率点跟踪器(MPPT)——将功率从PV电池传递至蓄电池。MPPT是一种dc至dc功率转换器，其从所述PV电池中提取最佳功率。所述太阳能输送系统还利用另一设备，即功率逆变器(inverter)，其将来自所述蓄电池的能量转换为用于电网的高压ac。功率逆变器是一种dc至ac功率转换器，并且通常也是双向功率转换器。

所述功率逆变器可具有多个高压ac或dc输出和输入，它们每个可具有一个不同的相位、幅度和/或频率(50Hz、60Hz、100Hz，单相、双相(slit-phase)或三相(tri-phase))。所述功率逆变器在内部对于每个高压隔离ac输出使用独个变压器。上面提及的MPPT也在内部使用能量传递元件，例如电感器或变压器。对于一个典型的具有PV电池、独个蓄电池和独个高压ac输出的太阳能输送系统，将使用两个分立的产品，每个产品都具有它自己的变压器。此外，对于所述功率逆变器的每个附加的(additional)输出，将使用另一个变压器。两个分立的产品增加了附加的成本，并且导致所述功率输送系统的尺寸和重量更大。附加的变压器也使所述功率输送系统增加了附加的成本、尺寸和重量。

其他人已经试图将MPPT、多个功率逆变器或其他功率转换系统组合为具有单个能量传递元件——例如变压器——的单个产品，以降低设备的成本和尺寸。具有向多个位置以及从多个位置传递能量的单个能量传递元件的功率输送系统在此被称作多功率端口转换(MPPC)。然而，针对功率输送系统实施MPPC具有许多挑战和阻碍，比如，针对连接至所述单个能量传递元件的不同位置实施控制环(control loops)。例如，具有3个位置(也称为端口)的在第一位置和第二位置之间传递功率的一个MPPC系统将需要考虑该功率传递对第三位置的影响，因为这些位置共享通过所述能量传递元件的共同路径。这样，控制着去往或来自所述第三位置的功率的控制信号将偏置(offset)所述第一位置和所述第二位置之间的功率传递的作用。对于所述第一位置和所述第三位置之间的功率传递以及对所述第二位置的作用，也是如此。这样，当更多个功率端口被连接至该能量传递元件时，针对每个个体(individual)功率端口的控制技术可以变得非常复杂。这样，由于针对每个端口形成的复杂控制环，可连接至该能量传递元件的功率端口的数目是有限的。因此，一个典型的MPPC系统限于不多于三个功率端口。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种用于在多个功率端口之间传递功率的功率输送网络，所述功率输送网络包括：

能量传递元件，其具有第一绕组、第二绕组和第三绕组，其中第一功率转换器待被连接以在第一功率端口和所述第一绕组之间传递功率，并且其中第二功率转换器待被连接以在所述第二绕组和第二功率端口之间传递功率；

主功率端口，其待被连接至dc电压；以及

主端口接口，其被连接在所述主功率端口和所述第三绕组之间，以循环地反转所述dc电压，并且以固定占空比向所述第三绕组提供循环地反转的电压，其中所述第一功率转换器独立于所述第二绕组和所述第二功率端口之间的功率传递来控制所述第一功率端口和所述第一绕组之间的功率传递，并且其中所述主功率端口的有效阻抗小于所述第一功率端口的有效阻抗且小于所述第二功率端口的有效阻抗。

在一个实施方案中，所述主功率端口是双向功率端口，并且其中所述主功率端口被连接以从所述第三绕组接收功率并向所述第三绕组传递功率。

在一个实施方案中，所述主端口接口包括桥，所述桥具有连接在所述主功率端口和所述第三绕组之间的多个开关，以响应于主控制信号来循环地反转所述dc电压，其中所述主控制信号具有所述固定占空比。

在一个实施方案中，所述能量传递元件包括单个磁芯，并且其中所述第一绕组、所述第二绕组以及所述第三绕组经由所述单个磁芯相互磁连接。