本發(fā)明涉及自動(dòng)化控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)的磁場(chǎng)耦合均衡電路

背景技術(shù)：

雙向dc/dc變換器根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中有無(wú)高頻變壓器可以分為非隔離型雙向dc/dc變換器和隔離型雙向dc/dc變換器兩大類(lèi)。由于cuk變換器的輸入和輸出側(cè)電感的存在，可以使其輸入和輸出側(cè)的電流連續(xù)、脈動(dòng)小，濾波器的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。又cuk變換器輸入和輸出電壓變比范圍寬且變換效率較高，所以近年來(lái)此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)受到越來(lái)越多的關(guān)注。

隔離型雙向cuk變換電路，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是輸入和輸出側(cè)都帶有濾波電感，可以實(shí)現(xiàn)輸入和輸出側(cè)電流連續(xù)且具有低紋波，能滿(mǎn)足蓄電池充放電實(shí)際需求；具有較大的輸入輸出電壓變比范圍可以滿(mǎn)足分布式發(fā)電系統(tǒng)直流母線(xiàn)較寬的直流母線(xiàn)電壓；且在整個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，都能從輸入側(cè)向輸出側(cè)傳遞功率，效率較高，對(duì)于小功率應(yīng)用背景可以稱(chēng)為最佳的直流變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，特別創(chuàng)新地提出了一種基于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)的磁場(chǎng)耦合均衡電路。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種基于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)的磁場(chǎng)耦合均衡電路，其關(guān)鍵在于，包括第一電感、第三電感、第一電容、第二電容、第一a電容、第一b電容、第一功率開(kāi)關(guān)、第二功率開(kāi)關(guān)；

第一電容一端接輸入電源正極，所述第一電容另一端接輸入電源負(fù)極，第一電感一端連接輸入電源正極，所述第一電感另一端連接第一功率開(kāi)關(guān)漏極，所述第一功率開(kāi)關(guān)源極連接電源負(fù)極，所述第一功率開(kāi)關(guān)源極還連接變壓器原邊負(fù)極，所述第一功率開(kāi)關(guān)漏極連接第一a電容一端，所述第一a電容另一端連接變壓器原邊正極，變壓器副邊負(fù)極連接第一b電容一端，所述第一b電容另一端連接第二功率開(kāi)關(guān)漏極，所述第二功率開(kāi)關(guān)源極連接變壓器副邊正極，所述第二功率開(kāi)關(guān)漏極還連接第三電感一端，所述第三電感另一端連接第二電容一端，所述第二電容另一端連接變壓器副邊正極。

上述技術(shù)方案的有益效果為：該均衡電路，不僅把傳統(tǒng)cuk變換器的輸入和輸出側(cè)通過(guò)高頻變壓器進(jìn)行了電氣隔離，還保存了原傳統(tǒng)cuk變換器的全部屬性。

所述的基于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)的磁場(chǎng)耦合均衡電路，優(yōu)選的，還包括：第一二極管和第二功率開(kāi)關(guān)；所述第一二極管正極連接第一功率開(kāi)關(guān)源極，所述第一二極管負(fù)極連接第一功率開(kāi)關(guān)漏極，所述第二功率開(kāi)關(guān)源極連接第二二極管正極，所述第二功率開(kāi)關(guān)漏極連接第二二極管負(fù)極。

上述技術(shù)方案的有益效果為：得到一個(gè)功率可以雙向流動(dòng)的dc/dc變換電路。

所述的基于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)的磁場(chǎng)耦合均衡電路，優(yōu)選的，還包括：第二電感；所述第二電感一端連接電源負(fù)極，所述第二電感另一端連接第一功率開(kāi)關(guān)源極。

上述技術(shù)方案的有益效果為：該均衡電路用于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)中，各均衡電路可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立工作，相互干擾很小。

所述的基于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)的磁場(chǎng)耦合均衡電路，優(yōu)選的，還包括：第四電感；所述第四電感一端連接第二功率開(kāi)關(guān)源極，所述第三電感另一端連接第二電容另一端。

上述技術(shù)方案的有益效果為：該均衡電路用于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)中，各均衡電路可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立工作，相互干擾很小。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

1把傳統(tǒng)cuk變換器的輸入和輸出側(cè)通過(guò)高頻變壓器進(jìn)行了電氣隔離，還保存了原傳統(tǒng)cuk變換器的全部屬性。

2此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為左右對(duì)稱(chēng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能量雙向流動(dòng)分析一致；

3除了變換器在不同工作模式下的開(kāi)關(guān)管和二極管獨(dú)立使用外，其他器件都是共用的，極大的減少了所需元器件的數(shù)量，從而縮減了成本、空間、重量等。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是本發(fā)明基于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)的磁場(chǎng)耦合均衡電路連接示意圖；

圖2是本發(fā)明基于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)的磁場(chǎng)耦合均衡電路工作第一階段；

圖3是本發(fā)明基于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)的磁場(chǎng)耦合均衡電路工作第二階段；

圖4是本發(fā)明基于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)的磁場(chǎng)耦合均衡電路電感電流波形圖；

圖5是本發(fā)明基于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)的磁場(chǎng)耦合均衡電路連接示意圖；

圖6是本發(fā)明基于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)的磁場(chǎng)耦合均衡電路連接示意圖；

圖7是本發(fā)明基于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)的磁場(chǎng)耦合均衡電路連接示意圖；

圖8是本發(fā)明基于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)的磁場(chǎng)耦合均衡電路連接示意圖。

圖9是本發(fā)明基于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)的磁場(chǎng)耦合均衡電路應(yīng)用在總線(xiàn)式結(jié)構(gòu)中的電路示意圖；

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。

如圖1所示，本發(fā)明提供了基于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)的磁場(chǎng)耦合均衡電路，其關(guān)鍵在于，包括第一電感、第三電感、第一電容、第二電容、第一a電容、第一b電容、第一功率開(kāi)關(guān)、第二功率開(kāi)關(guān)；

第一電容一端接輸入電源正極，所述第一電容另一端接輸入電源負(fù)極，第一電感一端連接輸入電源正極，所述第一電感另一端連接第一功率開(kāi)關(guān)漏極，所述第一功率開(kāi)關(guān)源極連接電源負(fù)極，所述第一功率開(kāi)關(guān)源極還連接變壓器原邊負(fù)極，所述第一功率開(kāi)關(guān)漏極連接第一a電容一端，所述第一a電容另一端連接變壓器原邊正極，變壓器副邊負(fù)極連接第一b電容一端，所述第一b電容另一端連接第二功率開(kāi)關(guān)漏極，所述第二功率開(kāi)關(guān)源極連接變壓器副邊正極，所述第二功率開(kāi)關(guān)漏極還連接第三電感一端，所述第三電感另一端連接第二電容一端，所述第二電容另一端連接變壓器副邊正極。上述技術(shù)方案的有益效果為：該均衡電路，不僅把傳統(tǒng)cuk變換器的輸入和輸出側(cè)通過(guò)高頻變壓器進(jìn)行了電氣隔離，還保存了原傳統(tǒng)cuk變換器的全部屬性。

所述的基于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)的磁場(chǎng)耦合均衡電路，優(yōu)選的，還包括：第一二極管和第二功率開(kāi)關(guān)；所述第一二極管正極連接第一功率開(kāi)關(guān)源極，所述第一二極管負(fù)極連接第一功率開(kāi)關(guān)漏極，所述第二功率開(kāi)關(guān)源極連接第二二極管正極，所述第二功率開(kāi)關(guān)漏極連接第二二極管負(fù)極。

上述技術(shù)方案的有益效果為：得到一個(gè)功率可以雙向流動(dòng)的dc/dc變換電路。

所述的基于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)的磁場(chǎng)耦合均衡電路，優(yōu)選的，還包括：第二電感；所述第二電感一端連接電源負(fù)極，所述第二電感另一端連接第一功率開(kāi)關(guān)源極。

上述技術(shù)方案的有益效果為：該均衡電路用于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)中，各均衡電路可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立工作，相互干擾很小。

所述的基于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)的磁場(chǎng)耦合均衡電路，優(yōu)選的，還包括：第四電感；所述第四電感一端連接第二功率開(kāi)關(guān)源極，所述第三電感另一端連接第二電容另一端。

上述技術(shù)方案的有益效果為：該均衡電路用于總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)中，各均衡電路可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立工作，相互干擾很小。

隔離型雙向cuk變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)兩邊是完全對(duì)稱(chēng)的，所以變換器在不同工作模式下的工作原理也是一樣的，唯一不同的就是開(kāi)關(guān)管的占空比不同，下面我們將以u(píng)1作為輸入，u2作為輸出來(lái)分析此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的換流過(guò)程。

當(dāng)u1作為輸入，u2作為輸出時(shí)，在整個(gè)電路工作周期中，輸入側(cè)的開(kāi)關(guān)管s1和輸出側(cè)的二極管d2處于正常的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，而輸入側(cè)的二極管d1和輸出側(cè)的開(kāi)關(guān)管s2將不參與電路的換流過(guò)程。

此時(shí)的工作模態(tài)有兩個(gè)，圖2為第一模態(tài)。

在電路處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，當(dāng)s1導(dǎo)通，d2反偏截止，則整個(gè)電路的工作狀態(tài)可以等效為圖2所示。

在此工作狀態(tài)下，電路形成了三條閉合回路分別是u1-l1-s1、ca-s1-變壓器一次繞組n1和變壓器二次繞組n2-cb-l2-u2。其中u1-l1-s1回路是輸入電源u1給輸入電感l(wèi)1充電，ca-s1-變壓器一次繞組n1回路和變壓器二次繞組n2-cb-l2-u2回路是ca和cb同時(shí)放電提供輸出側(cè)電流并且給輸出電感l(wèi)2充電。

圖3為第二個(gè)工作模態(tài)。

當(dāng)s1關(guān)斷時(shí)，d2則正向?qū)?，此時(shí)整個(gè)電路的工作狀態(tài)可以等效如下頁(yè)圖3所示。

在此工作模式下，電路同樣形成了三條閉合回路，分別是u1-l1-ca-變壓器一次繞組n1、變壓器二次繞組n2-d2-cb和l2-u2-d2，其中u1-l1-ca-變壓器一次繞組n1回路和變壓器二次繞組n2-d2-cb回路是輸入端電源和輸入電感同時(shí)放電給ca、cb充電，l2-u2-d2回路則是輸出電感放電維持輸出電流。

現(xiàn)在假設(shè)圖2、3中的開(kāi)關(guān)管s1開(kāi)關(guān)周期是t，s1導(dǎo)通的時(shí)間為ton，關(guān)斷時(shí)間為toff，并且中間電容ca和cb足夠大使得電容兩端電壓脈動(dòng)可以忽略，視電容兩端電壓為恒值，變壓器為理想變壓器，n1：n2＝n：1，則當(dāng)s處于導(dǎo)通時(shí)，根據(jù)圖2分析可知：

un1＝-uca(2)

其中，un1為變壓器t一次繞組電壓，un2為變壓器t二次繞組電壓。當(dāng)s1處于關(guān)斷時(shí)，根據(jù)圖3分析可知：

un2＝ucb(5)

在s1開(kāi)通時(shí)，電感l(wèi)1和l2都處于充電狀態(tài)，流過(guò)的電流可近似看作是線(xiàn)性上升；在s1關(guān)斷時(shí)，電感l(wèi)1和l2都處于放電狀態(tài)，流過(guò)的電流可近似看作是線(xiàn)性下降。如圖4所示。

從圖4可以看出來(lái)，在s1開(kāi)通時(shí)分析可知：

在s1關(guān)斷時(shí)分析可知：

由式(1)和式(7)化簡(jiǎn)得：

因?yàn)樽儔浩髟边呑儽葹閚，所以在整個(gè)開(kāi)關(guān)周期都有：

un1＝nun2(12)

由式(2)、(3)、(8)和(12)化簡(jiǎn)可得：

由式(3)、(5)、(9)和(12)化簡(jiǎn)可得：

由式(6)和(10)化簡(jiǎn)可得：

由式(11)和(14)化簡(jiǎn)可得：

u1t＝(uca+nucb)toff(16)

由式(13)和(15)化簡(jiǎn)可得：

由式(16)和(17)化簡(jiǎn)可得：

上式中，是開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通占空比。

同樣的，u2作為輸入，u1作為輸出的時(shí)候，分析過(guò)程和上述過(guò)程一樣。

在總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)中，電池通過(guò)均衡電路與能量傳輸總線(xiàn)連接，可實(shí)現(xiàn)能量在總線(xiàn)和電池上雙向傳遞。另外總線(xiàn)式均衡網(wǎng)絡(luò)使得電池組的擴(kuò)展便捷，對(duì)于應(yīng)對(duì)電池組實(shí)際需求相當(dāng)有效。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。