專利名稱：利用單個變壓器在獨立功率端口之間的功率傳遞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及功率端口，更具體地涉及多個功率端口之間的功率傳遞。
背景技術(shù)：
功率輸送系統(tǒng)通常向多個位置以及從多個位置傳遞功率。這樣的示例系統(tǒng)是太陽能輸送系統(tǒng)和汽車功率處理系統(tǒng)。太陽能輸送系統(tǒng)的一個實例是用于家庭消費的太陽能輸送系統(tǒng)。光伏(PV)電池將來自所接收的太陽光的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｈ缓笏龉β瘦斔拖到y(tǒng)將該電能傳遞至家中的各個位置。功率可從PV電池(PV cell)傳遞至用于功率存儲的蓄電池(battery)。此外，功率可被轉(zhuǎn)換為用于常規(guī)壁式插座的高壓ac，以向電子設(shè)備供電。通常，電流系統(tǒng)使用至少兩個獨立的設(shè)備，它們用于在太陽能輸送系統(tǒng)中傳遞功率。一個設(shè)備——其被稱為最大功率點跟蹤器(MPPT)——將功率從PV電池傳遞至蓄電池。MPPT 是一種dc至dc功率轉(zhuǎn)換器，其從所述PV電池中提取最佳功率。所述太陽能輸送系統(tǒng)還利用另一設(shè)備，即功率逆變器(inverter)，其將來自所述蓄電池的能量轉(zhuǎn)換為用于電網(wǎng)的高壓ac。功率逆變器是一種dc至ac功率轉(zhuǎn)換器，并且通常也是雙向功率轉(zhuǎn)換器。所述功率逆變器可具有多個高壓ac或dc輸出和輸入，它們每個可具有一個不同的相位、幅度和/或頻率(50Hz、60Hz、100Hz，單相、雙相(slit-phase)或三相 (tri-phase))。所述功率逆變器在內(nèi)部對于每個高壓隔離ac輸出使用獨個變壓器。上面提及的MPPT也在內(nèi)部使用能量傳遞元件，例如電感器或變壓器。對于一個典型的具有PV 電池、獨個蓄電池和獨個高壓ac輸出的太陽能輸送系統(tǒng)，將使用兩個分立的產(chǎn)品，每個產(chǎn)品都具有它自己的變壓器。此外，對于所述功率逆變器的每個附加的(additional)輸出， 將使用另一個變壓器。兩個分立的產(chǎn)品增加了附加的成本，并且導(dǎo)致所述功率輸送系統(tǒng)的尺寸和重量更大。附加的變壓器也使所述功率輸送系統(tǒng)增加了附加的成本、尺寸和重量。其他人已經(jīng)試圖將MPPT、多個功率逆變器或其他功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組合為具有單個能量傳遞元件——例如變壓器——的單個產(chǎn)品，以降低設(shè)備的成本和尺寸。具有向多個位置以及從多個位置傳遞能量的單個能量傳遞元件的功率輸送系統(tǒng)在此被稱作多功率端口轉(zhuǎn)換(MPPC)。然而，針對功率輸送系統(tǒng)實施MPPC具有許多挑戰(zhàn)和阻礙，比如，針對連接至所述單個能量傳遞元件的不同位置實施控制環(huán)(control loops)。例如，具有3個位置(也稱為端口 )的在第一位置和第二位置之間傳遞功率的一個MPPC系統(tǒng)將需要考慮該功率傳遞對第三位置的影響，因為這些位置共享通過所述能量傳遞元件的共同路徑。這樣，控制著去往或來自所述第三位置的功率的控制信號將偏置(offset)所述第一位置和所述第二位置之間的功率傳遞的作用。對于所述第一位置和所述第三位置之間的功率傳遞以及對所述第二位置的作用，也是如此。這樣，當(dāng)更多個功率端口被連接至該能量傳遞元件時，針對每個個體(individual)功率端口的控制技術(shù)可以變得非常復(fù)雜。這樣，由于針對每個端口形成的復(fù)雜控制環(huán)，可連接至該能量傳遞元件的功率端口的數(shù)目是有限的。因此，一個典型的 MPPC系統(tǒng)限于不多于三個功率端口。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面提供了一種用于在多個功率端口之間傳遞功率的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，所述功率輸送網(wǎng)絡(luò)包括能量傳遞元件，其具有第一繞組、第二繞組和第三繞組，其中第一功率轉(zhuǎn)換器待被連接以在第一功率端口和所述第一繞組之間傳遞功率，并且其中第二功率轉(zhuǎn)換器待被連接以在所述第二繞組和第二功率端口之間傳遞功率；主功率端口，其待被連接至dc電壓；以及主端口接口，其被連接在所述主功率端口和所述第三繞組之間，以循環(huán)地反轉(zhuǎn)所述dc電壓，并且以固定占空比向所述第三繞組提供循環(huán)地反轉(zhuǎn)的電壓，其中所述第一功率轉(zhuǎn)換器獨立于所述第二繞組和所述第二功率端口之間的功率傳遞來控制所述第一功率端口和所述第一繞組之間的功率傳遞，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。在一個實施方案中，所述主功率端口是雙向功率端口，并且其中所述主功率端口被連接以從所述第三繞組接收功率并向所述第三繞組傳遞功率。在一個實施方案中，所述主端口接口包括橋，所述橋具有連接在所述主功率端口和所述第三繞組之間的多個開關(guān)，以響應(yīng)于主控制信號來循環(huán)地反轉(zhuǎn)所述dc電壓，其中所述主控制信號具有所述固定占空比。在一個實施方案中，所述能量傳遞元件包括單個磁芯，并且其中所述第一繞組、所述第二繞組以及所述第三繞組經(jīng)由所述單個磁芯相互磁連接。本發(fā)明的另一個方面提供了一種用于在多個功率端口之間傳遞功率的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，所述功率輸送網(wǎng)絡(luò)包括能量傳遞元件，其具有第一繞組、第二繞組和第三繞組；第一功率轉(zhuǎn)換器，其被連接以在第一功率端口和所述第一繞組之間傳遞功率；第二功率轉(zhuǎn)換器，其被連接以在所述第二繞組和第二功率端口之間傳遞功率；主功率端口，其被連接至電壓；以及主端口接口，其被連接在所述主功率端口和所述第三繞組之間，以以固定占空比向所述第三繞組提供循環(huán)地反轉(zhuǎn)的電壓，其中所述第一功率轉(zhuǎn)換器獨立于所述第二繞組和所述第二功率端口之間的功率傳遞來控制所述第一功率端口和所述第一繞組之間的功率傳遞，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。在一個實施方案中，所述第一繞組兩端的電壓和所述第二繞組兩端的電壓都基本成比例于所述第三繞組的所述循環(huán)地反轉(zhuǎn)的電壓。在一個實施方案中，所述第二功率轉(zhuǎn)換器獨立于所述第一功率端口和所述第一繞組之間的功率傳遞來控制所述第二繞組和所述第二功率端口之間的功率傳遞。在一個實施方案中，所述第一功率轉(zhuǎn)換器包括開關(guān)，其被連接以響應(yīng)于驅(qū)動信號來控制所述第一功率端口和所述第一繞組之間的功率傳遞；以及控制器，其被連接以生成所述驅(qū)動信號，以獨立于所述第二繞組、獨立于所述第二功率端口以及獨立于所述第二功率轉(zhuǎn)換器來調(diào)整所述第一功率轉(zhuǎn)換器的輸出。
在一個實施方案中，所述控制器不接收關(guān)于所述第二繞組、所述第二功率端口和所述第二功率轉(zhuǎn)換器的反饋信息。在一個實施方案中，所述第一功率端口是單向功率端口，并且其中所述第一功率轉(zhuǎn)換器被連接以僅在從所述第一功率端口至所述第一繞組的方向上傳遞功率。在一個實施方案中，所述第二功率端口是單向功率端口，并且其中所述第二功率轉(zhuǎn)換器被連接以僅在從所述第二繞組至所述第二功率端口的方向上傳遞功率。在一個實施方案中，所述第二功率端口是雙向功率端口，并且其中所述第二功率轉(zhuǎn)換器是雙向功率轉(zhuǎn)換器，所述第二功率轉(zhuǎn)換器被連接以在從所述第二繞組至所述第二功率端口的第一方向上以及在從所述第二功率端口至所述第二繞組的第二方向上傳遞功率。在一個實施方案中，所述第二功率轉(zhuǎn)換器是ac至ac功率轉(zhuǎn)換器，并且其中所述第二功率端口提供ac輸出電壓。在一個實施方案中，所述第一功率轉(zhuǎn)換器是dc至ac功率轉(zhuǎn)換器，并且其中所述第一功率端口待被連接以接收dc電壓。在一個實施方案中，所述主功率端口是雙向功率端口，并且其中所述主功率端口被連接以從所述第三繞組接收功率并向所述第三繞組傳遞功率。在一個實施方案中，所述主端口接口包括橋，所述橋具有連接在所述主功率端口和所述第三繞組之間的多個開關(guān)，以響應(yīng)于主控制信號來循環(huán)地反轉(zhuǎn)在所述主功率端口處接收的電壓，其中所述電壓是dc電壓。在一個實施方案中，所述主端口接口進一步包括控制器，所述控制器被連接以提供具有所述固定占空比的所述主控制信號。在一個實施方案中，所述控制器被連接以以所述固定占空比和固定頻率提供所述主控制信號。在一個實施方案中，所述主功率端口待被連接至能量存儲元件，以存儲從所述能量傳遞元件接收的功率并向所述能量傳遞元件提供所存儲的功率。在一個實施方案中，所述第二功率轉(zhuǎn)換器包括脈沖寬度調(diào)制器(PWM)，其被連接以接收代表所述第二功率端口的輸出的反饋信號，其中所述PWM進一步被連接以生成調(diào)制信號；以及異或O(OR)邏輯電路，其被連接以接收所述調(diào)制信號，并且被連接以接收具有所述固定占空比的信號，其中所述XOR邏輯電路進一步被連接以輸出驅(qū)動信號，以響應(yīng)于所述調(diào)制信號和所述具有所述固定占空比的信號來控制所述第二繞組和所述第二功率端口之間的功率傳遞。在一個實施方案中，所述能量傳遞元件包括單個磁芯，并且其中所述第一繞組、所述第二繞組以及所述第三繞組經(jīng)由所述單個磁芯相互磁連接。本發(fā)明的又一個方面提供了一種功率輸送系統(tǒng)，包括第一功率端口、第二功率端口和主功率端口 ；電能生成器，其被連接以向所述第一功率端口提供功率；能量存儲元件，其被連接以向所述主功率端口提供dc電壓；能量輸送網(wǎng)絡(luò)，其用于在所述第一功率端口、所述第二功率端口和所述第三功率端口之間傳遞功率，所述網(wǎng)絡(luò)包括
能量傳遞元件，其具有第一繞組、第二繞組和第三繞組；第一功率轉(zhuǎn)換器，其被連接以在所述第一功率端口和所述第一繞組之間傳遞功率；第二功率轉(zhuǎn)換器，其被連接以在所述第二繞組和所述第二功率端口之間傳遞功率；以及主端口接口，其被連接在所述主功率端口和所述第三繞組之間，以循環(huán)地反轉(zhuǎn)所述dc電壓，并且以固定占空比向所述第三繞組提供循環(huán)地反轉(zhuǎn)的電壓，其中所述第一功率轉(zhuǎn)換器獨立于所述第二繞組和所述第二功率端口之間的功率傳遞來控制所述第一功率端口和所述第一繞組之間的功率傳遞，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。在一個實施方案中，所述第一繞組兩端的電壓以及所述第二繞組兩端的電壓都基本成比例于所述第三繞組的所述循環(huán)地反轉(zhuǎn)的電壓。在一個實施方案中，所述第二功率轉(zhuǎn)換器獨立于所述第一功率端口和所述第一繞組之間的功率傳遞來控制所述第二繞組和所述第二功率端口之間的功率傳遞。在一個實施方案中，所述第二功率端口是雙向功率端口，并且其中所述第二功率轉(zhuǎn)換器是雙向功率轉(zhuǎn)換器，所述第二功率轉(zhuǎn)換器被連接以在從所述第二繞組至所述第二功率端口的第一方向上以及在從所述第二功率端口至所述第二繞組的第二方向上傳遞功率。在一個實施方案中，所述主功率端口是雙向功率端口，并且其中所述主功率端口被連接以從所述第三繞組接收功率并向所述第三繞組傳遞功率。 在一個實施方案中，所述主端口接口包括橋，所述橋具有連接在所述主功率端口和所述第三繞組之間的多個開關(guān)，以響應(yīng)于主控制信號來循環(huán)地反轉(zhuǎn)所述dc電壓，其中所述主控制信號具有所述固定占空比。在一個實施方案中，所述能量存儲元件包括蓄電池，以存儲從所述能量傳遞元件接收的功率并向所述能量傳遞元件提供所存儲的功率。在一個實施方案中，所述第二功率轉(zhuǎn)換器包括脈沖寬度調(diào)制器(PWM)，其被連接以響應(yīng)于代表所述第二功率端口的輸出的反饋信號來生成調(diào)制信號；以及異或O(OR)邏輯電路，其被連接以接收所述調(diào)制信號，并且被連接以接收具有所述固定占空比的信號，其中所述XOR邏輯電路進一步被連接以輸出驅(qū)動信號，以響應(yīng)于所述調(diào)制信號以及所述具有所述固定占空比的信號來控制所述第二繞組和所述第二功率端口之間的功率傳遞。在一個實施方案中，所述能量傳遞元件包括單個磁芯，并且其中所述第一繞組、所述第二繞組以及所述第三繞組經(jīng)由所述單個磁芯相互磁連接。在一個實施方案中，所述電能生成器包括光伏電池。


從下文結(jié)合以下附圖給出的對本發(fā)明更具體的描述中，本發(fā)明的幾個實施方案的上述以及其他方面、特征和優(yōu)勢將更加明了。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的功率輸送系統(tǒng)的功能性框圖。
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圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的示例性功率輸送系統(tǒng)的電路圖。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于圖2的功率輸送系統(tǒng)的示例性主驅(qū)動信號的波形。圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的控制器的示圖。圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的使用XOR調(diào)制的控制器的示圖。圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的功率輸送系統(tǒng)的各種波形的時序圖。在附圖的這些視圖中，對應(yīng)的參考字符指示對應(yīng)的部件。技術(shù)人員應(yīng)理解，附圖中的元件是為了簡單和清楚而示出的，未必按比例繪制。例如，附圖中的一些元件的尺寸相對于另一些元件可以被夸大，以幫助增進對本發(fā)明的各個實施方案的理解。而且，在商業(yè)可行的實施方案中有用或必要的普通但公知的元件常常未被描繪，以避免模糊本發(fā)明的各個實施方案。
具體實施例方式在此描述了用于獨立功率端口之間的功率傳遞的實施方案。在下面的描述中闡述了許多具體細節(jié)，以提供對所述實施方案的透徹理解。然而，相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)意識至IJ，可以不使用這些具體細節(jié)中的一個或多個，或者可以使用其他方法、部件、材料等，來實踐在此描述的技術(shù)。在其他情況下，公知的結(jié)構(gòu)、材料或操作并未被詳細示出或說明，以避免模糊特定方面。在本說明書中，“一個實施方案” “一實施方案” “一個實施例”或“一實施例”意味著，關(guān)乎該實施方案或?qū)嵤├枋龅木唧w特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明的至少一個實施方案中。因此，在本說明書多處出現(xiàn)的措辭“在一個實施方案中’x‘在一實施方案中’x‘一個實施例”或“一實施例”未必指的全都是同一實施方案或?qū)嵤├?。此外，在一個或多個實施方案或?qū)嵤├?，所述具體特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的組合和/或于組合來組合。另外，應(yīng)理解，隨此提供的附圖出于向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員進行解釋的目的，并且這些圖未必按比例繪制。常規(guī)的功率輸送系統(tǒng)通常使用分立的設(shè)備(因此使用分立的能量傳遞元件)來向和從多個位置/端口傳遞功率。多個功率端口可被連接在一起，以在幾個功率端口之間傳遞能量，在這里也稱作多端口功率轉(zhuǎn)換(MPPC)。功率端口是功率輸送(power delivery)和 /或功率獲取(power retrieval)的輸入和/或輸出位置。換言之，功率端口是可以接收、 供應(yīng)或者既接收又供應(yīng)功率的位置。功率端口可通過功率轉(zhuǎn)換器連接至能量傳遞元件，所述功率轉(zhuǎn)換器控制功率端口和變壓器之間的功率傳遞。單個變壓器可被用于將功率從一個功率端口傳遞至另一個功率端口。當(dāng)前，實施MPPC的一個阻礙是，用于不同功率端口的控制回路通過同一磁路(即變壓器)共享共同路徑。由于該變壓器被這兩個功率端口共享， 調(diào)整一個功率路徑(從一個功率端口至另一個功率端口的路徑)的控制信號將影響另一個功率路徑。當(dāng)更多個功率端口被連接至該同一磁路時，存在更多個功率路徑，這增加了調(diào)整單個功率路徑的復(fù)雜性。結(jié)果，許多MPPC系統(tǒng)限于3個功率端口，以避免進一步的復(fù)雜性。功率端口和能量傳遞元件之間的功率傳遞可以是單向的或者雙向的。換言之，功率轉(zhuǎn)換器可以是單向的或者雙向的。單向功率端口可以要么供應(yīng)功率要么接收功率。另一方面，雙向功率端口可以既供應(yīng)功率又接收功率。在一個功率輸送系統(tǒng)中，幾個功率端口可被連接在一起，以將功率從一個功率端口傳遞至另一個功率端口。本發(fā)明的實施方案提供了一種MPPC系統(tǒng)，所述MPPC系統(tǒng)實現(xiàn)了 N個功率端口，所述N個功率端口連接至使用一個低阻抗功率端口的單個磁設(shè)備——例如變壓器。本發(fā)明的實施方案還可使用獨特的調(diào)制方案，用于簡化至少一個雙向功率端口。本發(fā)明的一個方面是這樣的空間拓撲，其允許每個功率端口獨立于另一個功率端口起作用。結(jié)果，該功率端口和該變壓器之間的功率傳遞獨立于其他端口和該變壓器之間的功率傳遞。該低阻抗功率端口可稱作主功率端口。低阻抗功率端口的一個實例是連接至能量傳遞元件——即該變壓器——的蓄電池，且該蓄電池和該能量傳遞元件之間未連接電感器。此外，其他功率端口可通過相應(yīng)的功率轉(zhuǎn)換器連接至該能量傳遞元件，所述相應(yīng)的功率轉(zhuǎn)換器包括電感器且具有比該主功率端口更高的阻抗。結(jié)果，即使有多個功率端口連接至該能量傳遞元件，也顯現(xiàn)為每個功率端口被連接至僅單個空間切換蓄電池(spatially switched battery)。這允許一個功率端口和該能量傳遞元件之間的功率傳遞獨立于其他功率端口和該能量傳遞元件之間的功率傳遞。首先參考圖1，示例性功率輸送系統(tǒng)100的原理框圖被示為具有一個功率輸送網(wǎng)絡(luò)，所述功率輸送網(wǎng)絡(luò)包括能量傳遞元件102 ；主功率端口 104 ；主端口接口 106 ；第一功率端口 108 ；第一功率轉(zhuǎn)換器110 ；第二功率端口 112 ；第二功率轉(zhuǎn)換器114 ；第三功率端口 116;以及，第三功率轉(zhuǎn)換器118。功率輸送系統(tǒng)100便于向和從各個功率端口傳遞功率。如所示出的，能量傳遞元件102通過主端口接口 106連接至主功率端口 104。此外，第一功率端口 108可通過第一功率轉(zhuǎn)換器110連接至能量傳遞元件102。第二功率端口 112可通過第二功率轉(zhuǎn)換器114連接至能量傳遞元件102，并且第三功率端口 116可通過第三功率轉(zhuǎn)換器118連接至能量傳遞元件102。圖1中示出的功率轉(zhuǎn)換器便于功率端口和能量傳遞元件之間的功率傳遞。第一功率端口 108是單向功率端口的一個實例。功率由第一功率端口 108供應(yīng)，并且被傳遞至能量傳遞元件102(如方向箭頭120所示)。這樣，第一功率轉(zhuǎn)換器110是單向功率轉(zhuǎn)換器，其中第一功率端口 108連接至功率轉(zhuǎn)換器110的輸入，并且能量傳遞元件102連接至功率轉(zhuǎn)換器110的輸出。在一個實施例中，第一功率轉(zhuǎn)換器110的輸入是dc電壓輸入，且輸出是切換電壓(switched voltage) 0切換電壓可以是極性交替的電壓。這樣，第一功率轉(zhuǎn)換器 110可以是dc至切換電壓轉(zhuǎn)換器。在圖1中示出的實施例中，第一功率端口 108待被連接以從電能生成器——例如光伏(PV)電池1 ——接收功率。功率轉(zhuǎn)換器110的一個實例可以是上述的功率逆變器。圖1中進一步示出，第二功率端口 112是單向功率端口。然而，第二功率端口 112 從能量傳遞元件102接收功率(如方向箭頭122所示)。第二功率轉(zhuǎn)換器114是單向功率轉(zhuǎn)換器，其中能量傳遞元件102連接至第二功率轉(zhuǎn)換器114的輸入，并且第二功率端口 112 連接至第二功率轉(zhuǎn)換器114的輸出。在圖1中示出的實施例中，第二功率端口 112待被連接，以通過一個輸出——例如具有頻率的ac電壓(ACl) 130——為負載提供功率。第三功率端口 116是雙向功率端口的一個實例。換言之，第三功率端口 116可向能量傳遞元件102供應(yīng)功率或從能量傳遞元件102接收功率(如方向箭頭1 所示)。第三功率轉(zhuǎn)換器118是雙向功率轉(zhuǎn)換器，其一端連接至能量傳遞元件102且另一端連接至第三功率端口 116。在圖1中示出的實施例中，第三功率端口 116待被連接至一個功率源，例如具有頻率f2的ac電壓線(voltage line) (AC2) 132。盡管圖1的實施例示了三個功率端口(108、112和116)以及一個主功率端口 104， 但是應(yīng)理解，可以將任何數(shù)目的功率端口連接至能量傳遞元件102。此外，應(yīng)理解，所述功率端口可以是單向功率端口或雙向功率端口的任何組合。另外，功率輸送系統(tǒng)100也可具有多于一個的主功率端口和主端口接口。如上面所提及的，功率端口是可以接收或供應(yīng)功率的位置。在一個實施方案中，功率端口 108、112、116和104中的至少一個可包括導(dǎo)電元件， 用于連接至該功率輸送網(wǎng)絡(luò)外部的設(shè)備。例如，功率端口 108可包括用于電氣地和/或物理地連接至PV電池128的線纜(wire)、終端(terminal)或連接器。功率端口可以向該功率輸送網(wǎng)絡(luò)外部的多種設(shè)備供應(yīng)功率或從功率輸送網(wǎng)絡(luò)外部的多種設(shè)備接收功率。例如， 功率端口可連接至高壓ac (例如用于常規(guī)壁式插座的高壓ac)、dc電壓源(例如蓄電池)、 光伏電池等。功率輸送系統(tǒng)的另一個實施例是，具有多個三相ac輸出、一個備用蓄電池和一個柴油發(fā)電機(diesel generator)的休閑車(RV)ac生成器。此外，圖1中示出的功率轉(zhuǎn)換器可以是任何類型的功率轉(zhuǎn)換器，例如ac至dc功率轉(zhuǎn)換器、dc至ac功率轉(zhuǎn)換器、dc 至dc功率轉(zhuǎn)換器、ac至ac功率轉(zhuǎn)換器、升壓(st印-up)轉(zhuǎn)換器、降壓(st印-down)轉(zhuǎn)換器寸。圖1中還示出了主功率端口 104。主功率端口 104是雙向功率端口(如方向箭頭 124所示)，并且可以向能量傳遞元件102供應(yīng)功率或從能量傳遞元件102接收功率。主功率端口 104是低阻抗功率端口。換言之，主功率端口 104的有效阻抗4低于任何其他功率端口的有效阻抗(即，4 < Z1,4 < Z2，4 < A等)。對于一些實施方案，有效阻抗4可顯著低于任何其他功率端口的有效阻抗。在一個實施例中，主功率端口的有效阻抗4基本為零。在功率輸送系統(tǒng)100包括多個主功率端口和相應(yīng)數(shù)目的主端口接口的實施方案中，每個主功率端口可具有相似或相等的有效阻抗4，其中有效阻抗4小于功率輸送系統(tǒng)loo中所包括的任何其他非主功率端口的有效阻抗。如圖1中所示，主功率端口 104連接至一個 dc電壓源，例如能量存儲元件(蓄電池134、存儲電容器或超級電容器(supercapacitor))。 如上面所提及的，常規(guī)的多端口功率轉(zhuǎn)換(MPPC)系統(tǒng)難以實施多于三個的功率端口，原因在于，由于能量傳遞元件共享磁路，控制從功率端口至能量傳遞元件的功率傳遞是復(fù)雜的。 然而，本發(fā)明的實施方案使用主功率端口 104和主端口接口 106，使得任何功率端口和能量傳遞元件102之間的功率傳遞都獨立于其他功率端口和該能量傳遞元件之間的功率傳遞。如將進一步討論的，主功率端口 104可連接至蓄電池，同時主端口接口 106可包括處于全橋轉(zhuǎn)換器拓撲的一組開關(guān)，使得能量傳遞元件Tl 102處的電壓在正電壓和負電壓之間反復(fù)(toggle)。在一個實施方案中，主端口接口 106作為空間切換蓄電池來運轉(zhuǎn)。結(jié)果，盡管其他功率端口連接至能量傳遞元件102，但顯現(xiàn)為每個功率端口都僅僅連接至空間切換蓄電池。這允許任何功率端口和能量傳遞元件102之間的功率傳遞都獨立于其他功率端口和能量傳遞元件102之間的功率傳遞。此外，主功率端口 104具有從功率端口接收多余(excess)功率或向功率端口供應(yīng)額外(extra)功率的能力。例如，第一功率端口 108可以向能量傳遞元件102供應(yīng)10千瓦(kW)的功率。同時，第二功率端口 112希望接收IOkW的功率。第二功率端口 112通過能量傳遞元件102從第一功率端口 108接收IOkW的功率。在本發(fā)明的實施方案中，主功率端口 104的總功率傳遞是OkW。這樣，這IOkW的功率傳遞可以被認(rèn)為是從第一功率端口 108至第二功率端口 112 的直接功率傳遞，其中零功率傳遞通過主功率端口 104。在另一個實施例中，在向多個功率端口供應(yīng)功率時，主功率端口 104可以同時接收功率。當(dāng)?shù)诙β兽D(zhuǎn)換器112和第三功率轉(zhuǎn)換器116分別希望接收6kW和3kW時，第一功率端口 108可以向能量傳遞元件102供應(yīng)IOkW的功率，并且主功率端口 104從能量傳遞元件102接收IkW的多余功率。在本發(fā)明的實施方案中，主功率端口 104通過能量傳遞元件102從第一功率端口 108接收lkW，并且第二功率端口 112通過能量傳遞元件102接收 6kW。在基本同時，第三功率轉(zhuǎn)換器116通過能量傳遞元件102直接從第一功率端口 108接收!3kW。該主功率端口可以處置(handle)來自任何功率端口的多余功率傳遞。第一功率端口 108可以通過能量傳遞元件102供應(yīng)IOkW的功率，并且第二功率端口 112希望接收 2kff的功率。第二功率端口 112通過能量傳遞元件102從第一功率端口 108接收2kW的功率，而主功率端口 104通過能量傳遞元件102從第一功率端口 108接收多余的8kW。蓄電池 Π4可連接至主功率端口 104以存儲這多余的8kW，其可以稍后被供應(yīng)至任何功率端口。如上面所提及的，當(dāng)需要時，主功率端口 104也可以供應(yīng)能量。例如，在第一功率端口 108能夠供應(yīng)8kW的功率時，第二功率端口 112可能希望接收IOkW的功率。如果主功率端口 104已存儲了足夠的能量，則主功率端口 104可以將其余2kW功率供應(yīng)至第二功率端口 112。第二功率端口 112將通過能量傳遞元件102從第一功率端口 108接收SkW的功率，并且通過能量傳遞元件102從主功率端口 104接收2kW。圖2示出了具有如下功率輸送網(wǎng)絡(luò)的功率輸送系統(tǒng)200的示例性電路圖，所述功率輸送網(wǎng)絡(luò)包括能量傳遞元件Tl 202 ；主功率端口 204 ；主端口接口 206 ；第一功率端口 208 ；第一功率轉(zhuǎn)換器210 ；第二功率端口 212 ；第二功率轉(zhuǎn)換器214 ；第三功率端口 216 ；以及，第三功率轉(zhuǎn)換器218。能量傳遞元件Tl 202包括單個磁芯201;主繞組220;第一繞組 222 ；第二繞組224 ；以及，第三繞組226。主端口接口 206包括控制器205 ；開關(guān)Sl 228 ； 開關(guān)S2 230;開關(guān)S3 232;以及，開關(guān)S4 234。第一功率轉(zhuǎn)換器210包括控制器209 ；電感器236;開關(guān)S5 238;開關(guān)S6 MO ；開關(guān)S7 M2;以及，開關(guān)S8 2440第二功率轉(zhuǎn)換器214 包括控制器213 ；整流器M6 ；開關(guān)S9 M8;開關(guān)SlO 250;開關(guān)Sll 252;開關(guān)S12 254 ； 電感器256 ；以及，電容器258。第三功率轉(zhuǎn)換器218包括控制器217 ；開關(guān)S13沈0 ；開關(guān) S14洸2;開關(guān)S15洸4;開關(guān)S16洸6 ；電感器洸8 ；以及，電容器270。圖2中還示出了 主驅(qū)動信號Umain 272 ；倒相(inverted)主驅(qū)動信號^； 274 ；第一驅(qū)動信號Ua 276 ；倒相第一驅(qū)動信號巧278 ；第二驅(qū)動信號Ub 280 ；倒相第二驅(qū)動信號巧282 ；第三驅(qū)動信號Uxor 沘4 ；以及，倒相第三驅(qū)動信號‘ 286 0圖2中示出的功率輸送系統(tǒng)200向或從連接到能量傳遞元件T1202的多個功率端口傳遞功率。如所示出的，主功率端口 204連接至蓄電池134，蓄電池134提供dc電壓—— 主電壓VmiN。主功率端口 204通過主端口接口 206連接至能量傳遞元件Tl 202。在一個實施例中，能量傳遞元件Tl 202是具有幾個繞組的變壓器。如圖1中示出的，能量傳遞元件 Tl 202具有四個繞組220、222、2M和226，它們經(jīng)由單個磁芯201相互磁連接。盡管圖2將能量傳遞元件Tl 202示為具有四個繞組，但應(yīng)理解，可使用任何數(shù)目的繞組。主端口接口 206包括以半橋(H-bridge)形式連接在一起的開關(guān)Sl 228、S2 230,S3 232和S4 234。如
12所示出的，主功率端口 204的正端(positive end)連接至開關(guān)Sl 2 和S2 230的一端。 主功率端口 204的負端(negative end)連接至開關(guān)S3 232和S4 234的一端。此外，主繞組220的一端連接至開關(guān)S2230的另一端，而主繞組220的另一端連接至開關(guān)S3232的另一端。換言之，主繞組220的一端連接至開關(guān)S2 230和S4 234之間的節(jié)點。主繞組220 的另一端連接至開關(guān)Sl 228和S3 232之間的節(jié)點。開關(guān)Sl 2 和開關(guān)S4 234被連接以接收由控制器205生成的主驅(qū)動信號Umain 272。提供主驅(qū)動信號Umain 272的控制器205的一個實例被關(guān)于圖3示出。開關(guān)Sl 2 和 S4 234響應(yīng)于主驅(qū)動信號UmiN272而打開(open)和閉合(close)。通常理解，閉合的開關(guān)可以傳導(dǎo)電流從而被認(rèn)為是接通的(on)，而打開的開關(guān)不能傳導(dǎo)電流從而被認(rèn)為是斷開的 (off)。主驅(qū)動信號Umain 272是具有邏輯高段和邏輯低段的矩形脈沖波形。在一個實施方案中，主功率端口 204和能量傳遞元件202的繞組220之間的功率傳遞獨立于任何其他功率端口和能量傳遞元件202之間的個體功率傳遞。然而，應(yīng)理解，主功率端口 204處置功率的不足或多余。換言之，主功率端口 204輸送或存儲額外功率。由能量傳遞元件202接收的功率的總和等于由能量傳遞元件202供應(yīng)的功率的和。例如，控制器205可以被包括在功率轉(zhuǎn)換器206中，使得在控制器205處不接收關(guān)于任何其他端口 (即，208、212、216)、功率轉(zhuǎn)換器(210、214、218)或繞組電壓(即，V1, V2, V3)的反饋信息。 而是，控制器205可以生成具有固定占空比的主驅(qū)動信號Umain 272。例如，主驅(qū)動信號Umain 272可具有固定至基本50%的占空比。換言之，所述邏輯高段和所述邏輯低段具有基本相等的長度。主驅(qū)動信號Umain 272也可具有固定的頻率。對于圖2中示出的實施例，當(dāng)主驅(qū)動信號Umain 272為邏輯高時，開關(guān)和S4234是閉合的。當(dāng)主驅(qū)動信號Umain 272為邏輯低時，開關(guān)和S4234是打開的。盡管圖2將開關(guān)Sl 228和S4 234示為從單個控制器205接收主驅(qū)動信號Umain 272，但每個開關(guān)也可以從分立的驅(qū)動器接收Umain 272。在圖2所示的實施例中，開關(guān)S2 230和開關(guān)S3 232接收由控制器205生成的倒相主驅(qū)動信號274。開關(guān)S2 230和S3 232響應(yīng)于倒相主驅(qū)動信號274而打開和閉合。當(dāng)主驅(qū)動信號Umain 272為邏輯高時，倒相主驅(qū)動信號^； 274為邏輯低，反之亦然。 盡管圖2將開關(guān)S2 230和開關(guān)S3 232示為從單個控制器205接收倒相主驅(qū)動信號^； 274，但替代地，也可以用一個驅(qū)動器生成信號Umain 272而用另一個驅(qū)動器生成^； 274。 甚至，可以用四個分立的驅(qū)動器為每個開關(guān)生成相應(yīng)的驅(qū)動信號。如上面所提及的，開關(guān)Sl 228、S2 230,S3 232和S4 2；34以半橋配置連接在一起。這樣，開關(guān)Sl 2 和S4 2；34成對地打開和閉合，并且開關(guān)S2230和S3232也成對地打開和閉合。此外，當(dāng)開關(guān)Sl 228和S4 234是打開的時，開關(guān)S2 230和S3 232是閉合的，反之亦然。在運轉(zhuǎn)中，當(dāng)開關(guān)Sl 2 和S4 234是閉合的時，第二功率端口 204被連接為使得負主電壓Vmain 204被施加至主繞組220。當(dāng)開關(guān)S2230和S3 232是閉合的時，第二功率端口 204被連接為使得正主電SVmain 204被施加至主繞組220。這樣，主繞組220上的電壓 Vm是循環(huán)地反轉(zhuǎn)的(cyclically reversed)主電壓Vmain 204。例如當(dāng)開關(guān)S2 230和S3 232是閉合的且開關(guān)Sl 2 和S4 234是打開的時，VM = +VMAIN (1)當(dāng)開關(guān)Sl 228和S4 234是閉合的且開關(guān)S2 230和S3 232是打開的時，
Vm = -Vmain (2)主驅(qū)動信號Umain 272的占空比確定了主繞組220上的電壓Vm有多長是正主電壓 +Vmain 204，以及主繞組220上的電壓Vm有多長是負主電壓-Vmain 204。當(dāng)主驅(qū)動信號Umain 272的占空比為基本50%時，該占空比確定了主繞組220上的電壓Vm從正主電壓+Vmain 204 和負主電壓-Vmain 204的均等轉(zhuǎn)變(equal transitions)。如圖2中所示，主功率端口 204 是最低阻抗端口，因為主端口接口 206不包括電感器，而功率轉(zhuǎn)換器210、214和218都包括電感器。如將進一步討論的，在第一繞組222、第二繞組2M和第三繞組2 上出現(xiàn)了與主繞組220上的電壓Vm成比例的電壓。由于主功率端口 204是最低阻抗功率端口，第一繞組 222上的電壓是由主端口接口 206和主功率端口 204的操作確定的。此外，第二繞組2 上的電壓以及第三繞組2 上的電壓是由主端口接口 206和主功率端口 204的操作確定的。圖2中還示出了第一功率端口 208。在一個實施例中，第一功率端口 208連接至具有dc電壓——PV電壓Vpv——的光伏(PV)電池128。第一功率端口 208通過第一功率轉(zhuǎn)換器210連接至能量傳遞元件Tl的第一繞組222。第一功率端口 208是單向功率端口，且向能量傳遞元件Tl 202供應(yīng)功率。第一功率轉(zhuǎn)換器210包括以半橋形式連接在一起的開關(guān)S5 238、S6 240, S7 242和S8 244 第一功率轉(zhuǎn)換器210中還包括電感器236。如所示出的，第一功率端口 208的正端連接至電感器236的一端，而第一功率端口 208的負端連接至開關(guān)S7 242和S8 244的一端。電感器236的另一端則連接至開關(guān)S5 238和S6 240的一端。在所示出的實施例中，第一繞組222的一端連接至開關(guān)S6M0的另一端，且第一繞組222的另一端連接至開關(guān)S7 242的另一端。換言之，第一繞組222的一端連接至開關(guān)S6 240和開關(guān)S8 244之間的節(jié)點。第一繞組222的另一端連接至開關(guān)S7 242和開關(guān)S5 238之間的節(jié)點。開關(guān)S5238和開關(guān)S8M4被連接以接收由控制器209生成的第一驅(qū)動信號Ua 276。 開關(guān)S5 238和S8 244響應(yīng)于第一驅(qū)動信號Ua 276而打開和閉合。第一驅(qū)動信號Ua 276是具有邏輯高段和邏輯低段的矩形脈沖波形。在一個實施方案中，當(dāng)?shù)谝或?qū)動信號Ua 276為邏輯高時，開關(guān)S5 238和S8 244是閉合的。當(dāng)?shù)谝或?qū)動信號Ua 276為邏輯低時，開關(guān)S5 238和S8 244是打開的。盡管圖2將開關(guān)S5 238和S8 244示為從單個控制器209接收第一驅(qū)動信號Ua 276，但每個開關(guān)也可以替代地從分立的驅(qū)動器接收第一驅(qū)動信號Ua 276。開關(guān)S6 240和開關(guān)S7 242接收由控制器209生成的倒相第一驅(qū)動信號巧278。 開關(guān)S6 240和S7 242響應(yīng)于倒相第一驅(qū)動信號巧278而打開和閉合。當(dāng)?shù)谝或?qū)動信號Ua 276為邏輯高時，倒相第一驅(qū)動信號^ 278為邏輯低，反之亦然。盡管圖2將開關(guān)S6 240和
57242示為都從控制器209接收倒相第一驅(qū)動信號巧278，但替代地，可以用一個驅(qū)動器生成第一驅(qū)動信號Ua 276，而用另一個驅(qū)動器生成倒相驅(qū)動信號巧278。甚至，可以針對每個開關(guān)使用一個分立的驅(qū)動器。在一個實施方案中，第一驅(qū)動信號Ua 276和倒相驅(qū)動信號巧278的占空比是脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號。在另一個實施方案中，第一驅(qū)動信號Ua 276 和倒相驅(qū)動信號巧278的占空比是固定的，且進一步，第一驅(qū)動信號Ua 276和倒相驅(qū)動信號巧278的頻率也可以是固定的。在另一個實施方案中，第一驅(qū)動信號Ua 276的占空比與主驅(qū)動信號Umain 272的占空比基本相同。如上面所提及的，開關(guān)S5 238、S6 240,S7 242和
58244以半橋形式連接在一起。這樣，對于PWM控制，開關(guān)S5 238和S8 244成對地打開和閉合，并且開關(guān)S6 240和S7 242成對地打開和閉合。此外，當(dāng)開關(guān)S5 238和S8 244是打開的時，開關(guān)S6 240和S7 242是閉合的，反之亦然。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，所述開關(guān)可被控制以實現(xiàn)從PV電池128和第一功率端口 208至能量傳遞元件202的降壓(buck)或升壓(boost)功能。盡管該實施例示出了 PWM控制技術(shù)，但應(yīng)理解，可使用其他調(diào)制技術(shù)，例如相移調(diào)制(phase shift modulation) 0此外，控制器209和第一功率轉(zhuǎn)換器210可組合多個功能，例如電壓或電流模式控制與MPPT功能組合。如上面所提及的，第一繞組222上的電壓成比例于主繞組220的電壓VM。如上面所討論的，主繞組220在正主電壓+Vmain和負主電壓-Vmain之間反轉(zhuǎn)極性。由于有效阻抗4 低于任何其他功率端口的有效阻抗，第一阻抗222上的電壓在與正主電壓+Vmain成比例的電壓和與負主電壓-Vmain成比例的電壓之間反轉(zhuǎn)極性。所述比例歸因于第一繞組222的匝數(shù)和主繞組220的匝數(shù)之間的比率V1=^-Vm(3)其中，V1是第一繞組222上的電壓，N1是第一繞組222的匝數(shù)，Nm是主繞組220的匝數(shù)，且Vm是主繞組220上的電壓。在一個實施方案中，第一功率端口 208和能量傳遞元件202的繞組222之間的功率傳遞獨立于任何其他功率端口和能量傳遞元件202之間的功率傳遞。例如，控制器209可被包括在功率轉(zhuǎn)換器210中，使得在控制器209處不接收關(guān)于任何其他端口(即，204、212、 216)、功率轉(zhuǎn)換器(206,214,218)或繞組電壓(即，Vm、V2、V3)的瞬時狀態(tài)的反饋信息。在運轉(zhuǎn)中，第一功率轉(zhuǎn)換器210將第一功率端口的PV電壓Vpv 208轉(zhuǎn)換為被直接注入主繞組 220的低阻抗(如等式3中所示)的電流。在一個實施例中，第一功率轉(zhuǎn)換器210運轉(zhuǎn)，使得來自PV電池128的dc電流被包括開關(guān)S5 238、S6 240, S7 242和S8 248的半橋注入。 與主端口接口 206中的半橋相似，開關(guān)S5 238、S6 240,S7 242和S8 248被打開和閉合，使得切換電流(switched current)被注入第一繞組222。在一個實施方案中，第一功率轉(zhuǎn)換器210作為最大功率點跟蹤器(MPPT)與降壓-升壓功率轉(zhuǎn)換器的組合來運轉(zhuǎn)。圖2中進一步示出了第二功率端口 212。如所示出的，第二功率端口 212正在向負載(未示出)生成具有頻率Wac電壓VAa 130。在一個實施例中，第二功率端口 212可輸送通常用在常規(guī)壁式插座中的高壓ac。第二功率端口 212通過第二功率轉(zhuǎn)換器214連接至能量傳遞元件Tl 202的第二繞組224。第二功率端口 212是單向功率端口，且從能量傳遞元件T1202接收能量。第二功率轉(zhuǎn)換器214包括整流器246和以半橋形式連接在一起的開關(guān)S9 248,SlO 250,Sll 252和S12254。第二功率轉(zhuǎn)換器214中還包括電感器256和電容器258。如所示出的，整流器246連接至能量傳遞元件Tl 202的第二繞組224。整流器M6 接收第二繞組2 上的電壓，并且輸出已整流的dc電壓。整流器246進一步連接至由開關(guān) S9 248,SlO 250,Sll 252和S12 2M組成的半橋。電感器256連接至開關(guān)S9 248和開關(guān) Sll 252之間的節(jié)點。電感器256進一步連接至電容器258。第二功率端口 212連接在電容器258兩端。電容器258和第二功率端口 212連接至開關(guān)S10250和開關(guān)S122M之間的節(jié)點。如所示出的，第二功率轉(zhuǎn)換器214是單向ac功率轉(zhuǎn)換器。S9 248和開關(guān)S12 2M接收由控制器213生成的第二驅(qū)動信號UJ80。在一個實施方案中，控制器213響應(yīng)于代表ac電壓VAa 130的反饋信號而生成第二驅(qū)動信號Ub 280, 以調(diào)節(jié)由功率轉(zhuǎn)換器214輸出的ac電壓Vaci 130。開關(guān)S9 248和S12 2M響應(yīng)于第二驅(qū)動信號UB280而打開和閉合。第二驅(qū)動信號Ub 280也是具有邏輯高段和邏輯低段的矩形脈沖波形。在一個實施方案中，當(dāng)?shù)诙?qū)動信號Ub 280為邏輯高時，開關(guān)S9 248和S12 254 是閉合的。當(dāng)?shù)诙?qū)動信號Ub 280為邏輯低時，開關(guān)S9 248和S12 2M是打開的。盡管圖 2將開關(guān)S9 248和S12 2M示為都從控制器213接收第二驅(qū)動信號Ub觀0，但每個開關(guān)可以替代地從分立的驅(qū)動器接收第二驅(qū)動信號Ub 2800開關(guān)SlO 250和Sll 252接收由控制器213生成的倒相第二驅(qū)動信號巧282.開關(guān)SlO 250和Sll 252響應(yīng)于倒相第二驅(qū)動信號巧282而打開和閉合。當(dāng)?shù)诙?qū)動信號Ub 280為邏輯高時，倒相第二驅(qū)動信號^ 282為邏輯低，反之亦然。盡管圖2將開關(guān)SlO 250 和Sll 252示為都從控制器209接收倒相第二驅(qū)動信號觀2，但替代地，可以用一個驅(qū)動器生成第二驅(qū)動信號Ub觀0，而用另一個驅(qū)動器生成倒相第二驅(qū)動信號巧觀2。甚至，可以針對每個開關(guān)使用一個分立的驅(qū)動器。如上面所提及的，開關(guān)S9 248,SlO 250,Sll 252和 S12 2M以半橋形式連接在一起。這樣，在一個實施方案中，S9 248和S12 2M成對地打開和閉合，并且開關(guān)SlO 250和Sll 252成對地打開和閉合。此外，當(dāng)開關(guān)S9 249和S12 254 是打開的時，開關(guān)SlO 250和Sll 252是閉合的，反之亦然。在一個實施方案中，第二功率端口 212和能量傳遞元件202的繞組2M之間的功率傳遞獨立于任何其他功率端口和能量傳遞元件202之間的功率傳遞。例如，控制器213可被包括在功率轉(zhuǎn)換器214中，使得在控制器213處不接收關(guān)于任何其他端口(即，204、208、 216)、功率轉(zhuǎn)換器(206,210,218)或繞組電壓(即，VM, V1^V3)的瞬時狀態(tài)的反饋信息。在運轉(zhuǎn)中，第二繞組2M上的電壓V2成比例于主繞組220的電壓\。如上面所討論的，主繞組220在正主電壓+Vmain和負主電壓-Vmain之間反轉(zhuǎn)極性。由于主功率端口 204的較低阻抗 Zm,第二繞組2M上的電壓V2也在與正主電壓+Vmain成比例的電壓和與負主電壓-Vmain成比例的電壓之間反轉(zhuǎn)極性。所述比例歸因于第二繞組224的匝數(shù)和主繞組220的匝數(shù)之間的比率V2 =^Vm(4)其中，V2是第二繞組2M上的電壓，N2是第二繞組的匝數(shù)。在運轉(zhuǎn)中，第二功率轉(zhuǎn)換器214將第二繞組2 上的電壓V2轉(zhuǎn)換為第二功率端口 212的高壓ac——Vaci 130。圖2還示出了第三功率端口 216。在一個實施例中，第三功率端口 216連接至具有 ac電壓Vac2和頻率f2的ac電壓線132。高壓ac線132——其連接至第三功率端口 216—— 可以是電網(wǎng)(power grid)的一個實例。第三功率端口 216還通過第三功率轉(zhuǎn)換器218連接至能量傳遞元件Tl 202的第三繞組226。第三功率端口 216是雙向功率端口，并且可以既向能量傳遞元件Tl 202供應(yīng)能量又從能量傳遞元件Tl 202接收能量。第三功率轉(zhuǎn)換器 218包括以半橋形式連接在一起的開關(guān)S13 260, S14 262, S15 264和S16 266 開關(guān)S13 260、S14 262、S15 264 禾口 S16 266 可以是四象限開關(guān)(four quadrant switches)。第三功率轉(zhuǎn)換器218中還包括電感器268和電容器270。如圖2中示出的，第三功率轉(zhuǎn)換器218 是雙向ac功率轉(zhuǎn)換器。
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典型的雙向ac功率轉(zhuǎn)換器可被分為四級。在第一級中，ac電壓被轉(zhuǎn)換為dc電壓。 在第二級中，該dc電壓則被轉(zhuǎn)換為驅(qū)動能量傳遞元件(例如隔離變壓器)的切換電壓。通常，第一級連接至ac線，第二級連接至能量傳遞元件(隔離變壓器)。在該能量傳遞元件的另一側(cè)還存在兩個級，這兩個級具有相等數(shù)目的開關(guān)、大容量電容器(bulkcapacitor)、 電感器、驅(qū)動器、控制器等，其與前兩個級成鏡像。盡管每個級的部件的數(shù)目因該級的實現(xiàn)方式而異，但是每個級可以用多達八個開關(guān)來實現(xiàn)四個等效轉(zhuǎn)換器雙向ac-dc轉(zhuǎn)換器、雙向dc-dc轉(zhuǎn)換器和/或dc-ac轉(zhuǎn)換器。在典型的雙向功率轉(zhuǎn)換器中，這將等于多達16或32 個開關(guān)。每個開關(guān)通常具有其自身的驅(qū)動器來控制該開關(guān)的切換，這相當(dāng)于常規(guī)的隔離雙向功率端口的16或32個驅(qū)動器。常規(guī)的雙向功率轉(zhuǎn)換器中使用的開關(guān)可以是四象限開關(guān) (four-quadrant switches)。通常，四象限開關(guān)允許電流在兩個方向上通過該開關(guān)，并且該開關(guān)兩端的電壓的極性可以是正極性或負極性。四象限開關(guān)可以每個開關(guān)都包括一個η型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，其與另一個η型MOSFET串聯(lián)連接。在一個典型的隔離雙向功率轉(zhuǎn)換器中，控制第二級中的開關(guān)的信號可被稱為ac 調(diào)制信號，因為輸出連接至ac電壓線。本發(fā)明的實施方案使用空間調(diào)制，以簡化具有ac電壓線的典型的隔離雙向功率轉(zhuǎn)換器。如進一步討論的，在雙向功率端口 218中使用單個半橋。然而，控制該半橋的開關(guān)的驅(qū)動信號是主驅(qū)動信號Umain和％調(diào)制信號的組合。在本發(fā)明的實施方案中，異或O(OR)的輸出控制了雙向第三功率轉(zhuǎn)換器218的橋整流器中的開關(guān)的切換。該XOR的一個輸入是該ac調(diào)制信號，而該M)R的另一個輸入是主驅(qū)動信號U薩。 所討論的實施方案用XOR調(diào)制方案來使用主驅(qū)動信號Umain 272，以將該雙向功率轉(zhuǎn)換器簡化至能量傳遞元件的每一側(cè)上存在單個級，而不是像常規(guī)的雙向功率轉(zhuǎn)換器那樣能量傳遞元件的每一側(cè)上存在兩個級。使用較少的開關(guān)還使得用于功率轉(zhuǎn)換器的控制器、驅(qū)動器、濾波器等的數(shù)目最小化，并且降低了功率輸送系統(tǒng)的成本、尺寸和重量，以及提高了功率輸送系統(tǒng)的效率。如所示出的，第三繞組2 連接至由S13 260, S14 262, S15 264和S16 266組成的半橋。第三繞組226的一端連接至開關(guān)S13 260和S14 262的一端。第三繞組226的另一端進一步連接至S15 264和S16266的一端。電感器268連接至開關(guān)S13 260和S15 264 之間的節(jié)點。該電感器進一步連接至電容器270。第三功率端口 Vac2 216也連接至電容器 270兩端。電容器270和第三功率端口 216進一步連接至開關(guān)S14 262和開關(guān)S16 266之間的節(jié)點。在所示出的實施例中，第三功率轉(zhuǎn)換器218是雙向且隔離的ac功率轉(zhuǎn)換器的一部分。開關(guān)S13 260和開關(guān)S16 266接收由控制器217生成的第三驅(qū)動信號Uxqk觀4。在一個實施方案中，開關(guān)S13 260和S16 266響應(yīng)于第三驅(qū)動信號Uxqk 284而打開和閉合。在一個實施方案中，控制器217響應(yīng)于代表ac電壓Vac2 132的信號而生成第三驅(qū)動信號Uxqk， 以控制該ac電壓源和第三繞組2 之間的功率傳遞。第三驅(qū)動信號Uxqk 284是具有邏輯高段和邏輯低段的矩形脈沖波形。在一個實施例中，當(dāng)?shù)谌?qū)動信號Um 284為邏輯高時，開關(guān)S13 260和S16 266是閉合的。當(dāng)?shù)谌?qū)動信號Uxor 284為邏輯低時，開關(guān)S13 260和 S16 266是打開的。盡管圖2將開關(guān)S13 260和S16 266示為都從控制器217接收第三驅(qū)動信號Uxqk觀4，但每個開關(guān)可以替代地從分立的驅(qū)動器接收第三驅(qū)動信號Uxqk 2840在一個實施方案中，開關(guān)S14 262和開關(guān)S15 264接收由控制器217生成的倒相第三驅(qū)動信號^^86。開關(guān)S14 262和開關(guān)S15 264響應(yīng)于倒相第三驅(qū)動信號286而打開和閉合。當(dāng)?shù)谌?qū)動信號Uxqk 284為邏輯高時，倒相第三驅(qū)動信號I 286為邏輯低， 反之亦然。盡管圖2將開關(guān)S14 262和開關(guān)S15 264示為都從控制器217接收倒相第三驅(qū)動信號1286，但替代地，可以用一個驅(qū)動器生成第三驅(qū)動信號Uxrai W4，而用另一個驅(qū)動器生成倒相第三驅(qū)動信號^^86。甚至，針對每個開關(guān)可以使用一個分立的驅(qū)動器。如上面所提及的，開關(guān)S13 260, S14 262, S15 264和S16 266以半橋形式連接在一起。在一個實施方案中，開關(guān)S13 260和S16 266成對地打開和閉合，并且開關(guān)S14 262和S15 264成對地打開和閉合。此外，當(dāng)開關(guān)S13 260和S16 266是打開的時，開關(guān)S14 262和S15 264 是閉合的，反之亦然。如下面將關(guān)于圖5進一步討論的，第三功率轉(zhuǎn)換器218可以使用用這樣的XOR調(diào)制方案，其用一個與主驅(qū)動信號Umain 272具有相同占空比的信號，以將該雙向功率轉(zhuǎn)換器從兩個級簡化至單個級。在本發(fā)明的實施方案中，用于第三功率轉(zhuǎn)換器218的原始驅(qū)動信號被一個與主驅(qū)動信號Umain 272具有相同占空比的信號調(diào)制，以產(chǎn)生第三驅(qū)動信號Uxor 284。在一個實施方案中，第三功率端口 216和能量傳遞元件202的繞組2 之間的功率傳遞獨立于第一功率端口 208和能量傳遞元件202之間的功率傳遞，并且也獨立于第二功率端口 212和能量傳遞元件202之間的功率傳遞。主功率端口 204和主端口接口 206用作能量仲裁器(energy arbiter)，其接收任何多余功率，或者當(dāng)存在功率不足時供應(yīng)額外功率。例如，控制器217可被包括在功率轉(zhuǎn)換器218中，使得在控制器217處不接收關(guān)于任何端口 204、208和212、功率轉(zhuǎn)換器210和214或者主端口接口 206的瞬時狀態(tài)的反饋信息。第三繞組2 上的電壓V3成比例于主繞組220的電壓VM。主繞組220在正主電壓 +Vmain和負主電壓-Vmain之間反轉(zhuǎn)極性。由于主功率端口 204的較低阻抗4，第三繞組226 上的電壓V3也在與正主電壓+Vmain成比例的電壓和與負主電壓-Vmain成比例的電壓之間反轉(zhuǎn)極性。該比例歸因于第三繞組226的匝數(shù)和主繞組220的匝數(shù)之間的比率V3=^Vm(5)其中，V3是第三繞組2 上的電壓，N3是第三繞組226的匝數(shù)。在運轉(zhuǎn)中，第三功率轉(zhuǎn)換器218將第三繞組2 上的電壓(V3)轉(zhuǎn)換為第三功率端口 216的ac電壓\C2。圖3是示出了用于圖2的功率輸送系統(tǒng)的示例性主驅(qū)動信號UmIN272的波形，包括主驅(qū)動信號Umain 272 ；倒相主驅(qū)動信號^； 274;控制器302;接通時間304 ；斷開時間tQFF 306;以及，切換周期Ts 308。如所示出的，控制器302向圖2中示出的開關(guān)提供主驅(qū)動信號Umain 272和倒相主驅(qū)動信號^； 274 二者。然而，應(yīng)理解，可以用兩個分立的驅(qū)動器供應(yīng)主驅(qū)動信號Umain 272和倒相主驅(qū)動信號^； 274。如圖3中所示，主驅(qū)動信號Umain 272是具有邏輯高段和邏輯低段的矩形脈沖波形。 所述邏輯高段具有標(biāo)記為接通時間304的長度，并且所述邏輯低段具有標(biāo)記為斷開時間tQFF 306的長度。在接通時間tQN 304的開始處，主驅(qū)動信號Umain 272跳至邏輯高值，并在接通時間tw 304的剩余時間保持在該邏輯高值，并且接收主驅(qū)動信號Umain 272的開關(guān)是閉合的。在斷開時間t, 306的開始處，主驅(qū)動信號Umain 272轉(zhuǎn)變至邏輯低值，并在斷開時間t, 306的剩余時間保持在該邏輯低值，并且接收主驅(qū)動信號Umain 272的開關(guān)是打開的。切換周期Ts 308是接通時間tQN 304和斷開時間tQFF 306的和。在本發(fā)明的實施方案中，主驅(qū)動信號Umain 272具有基本固定的接通時間tQN 304、斷開時間tQFF 306和切換周期 Ts 308。這樣，該占空比(接通時間tQN 304與切換周期Ts 308的比率)也是基本固定的。 在本發(fā)明的一個實施方案中，該占空比被固定在基本50%。在另一個實施方案中，該占空比被基本固定在小于50%，以考慮到開關(guān)從ON狀態(tài)轉(zhuǎn)到OFF狀態(tài)所花費的時間。換言之，接通時間304被設(shè)置為切換周期Ts 308的50%減去該開關(guān)從ON狀態(tài)轉(zhuǎn)到OFF狀態(tài)所花費的轉(zhuǎn)變時間。相似地，可從斷開時間〖_ 306中減去相同的轉(zhuǎn)變時間。圖4是示出了控制器400的示意圖，該控制器使用脈沖寬度調(diào)制器(PWM) 402且包括三角波形生成器404和比較器406。盡管未示出，但控制器400中還包括其他部件。圖4 中進一步示出了反饋電路408、三角波形信號Utki 410、輸出量(output quantity)U0 412、 反饋信號Ufb 414和驅(qū)動信號416?？刂破?00是可提供第二驅(qū)動信號Ub 280的控制器的一個實例。在圖4的實施例中，PWM 402包括三角波形生成器404和比較器406。三角波形410被連接至比較器406的倒相輸入(inverting input)，并且產(chǎn)生三角波形信號Utri 410。在一個實施方案中，三角波形信號Utki 410是電壓信號。在另一個實施方案中，可以用鋸齒波形生成器來替代三角波形生成器。反饋電路408連接至比較器406的非倒相輸入 (non-inverting input)。應(yīng)理解，反饋電路408可以被包括或不被包括在控制器400中。 反饋電路408接收輸出量Uq 412，并且輸出量Uq 412可以是電流信號或電壓信號。輸出量 U0 412與輸出電壓、輸出電流或這二者成比例。反饋電路408被連接，以感測來自功率轉(zhuǎn)換器的輸出量Uq 412，并且產(chǎn)生反饋信號Ufb 414。反饋信號Ufb 414可以是電壓信號或電流信號。反饋信號414代表輸出量Uq 412，并且在比較器406的非倒相輸入處被接收。然后比較器406輸出驅(qū)動信號416，以控制開關(guān)的切換。在運轉(zhuǎn)中，當(dāng)反饋信號Ufb 414和三角波形410都是電壓信號時，當(dāng)反饋信號Ufb 414大于三角波形410時，比較器406輸出邏輯高值。另一方面，當(dāng)三角波形410大于反饋信號414時，比較器406輸出邏輯低值。驅(qū)動信號416可以是第二驅(qū)動信號Ub 280的一個實例。此外，輸出量Utj 412可以代表第二功率端口 212的ac電壓Vaci 132。圖5是示出了使用XOR調(diào)制的控制器500的示圖，包括脈沖寬度調(diào)制(PWM) 502和 XOR門504。盡管未示出，但控制器500中還包括其他部件。PWM 502進一步包括三角波形生成器506和比較器508。圖5中還示出了反饋電路510、倒相器512、三角波形信號Utki 514、AC2 量 UA。2 516、反饋信號 Ufb 518、ac 調(diào)制信號 520、主量(main quantity) Umain，522、
第三驅(qū)動信號Uxor 284和倒相第三驅(qū)動信號‘ 2860控制器500是可提供如關(guān)于圖2所示的第三驅(qū)動信號Uxrai 284和倒相第三驅(qū)動信號^；觀6的控制器的一個實例。應(yīng)理解， 反饋電路510和倒相器512可以被包括或不被包括在控制器500中?？刂破?00是關(guān)于圖2涉及的空間調(diào)制和第三功率轉(zhuǎn)換器218的的一個實例。如上面所提及的，常規(guī)的雙向ac至ac功率轉(zhuǎn)換器使用兩級功率轉(zhuǎn)換器ac-dc功率轉(zhuǎn)換器之后是dc-ac功率轉(zhuǎn)換器。對于第二級，用于控制開關(guān)切換的控制方案可稱作ac調(diào)制信號， 因為第三功率端口 216是ac電壓線。本發(fā)明的實施方案通過將XOR調(diào)制與單級橋整流器一起使用來簡化常規(guī)的雙向ac至ac功率轉(zhuǎn)換器?？刂破?00是使用代表主驅(qū)動信號Umain272的信號來調(diào)制ac調(diào)制信號的一個實例。如圖5中所示，通過一個代表主驅(qū)動信號Umain 272的信號(主量UmiN’52》來調(diào)制ac調(diào)制信號520。該代表主驅(qū)動信號Umain 272的信號 (主量Umai/ 522)可以通過控制器500內(nèi)的主量信號Umain'生成器5M來生成。此外，該代表主驅(qū)動信號Umain 272的信號(主量Umu/522)可以與或可以不與主驅(qū)動信號Umain 272同步。對于簡單的功率輸送系統(tǒng)，主量UmiN’522可以與主驅(qū)動信號Umain 272同步。對于更復(fù)雜的具有多個主功率端口和主端口接口的的功率輸送系統(tǒng)，主量Umain' 522可以不與主驅(qū)動信號Umain 272同步。因此，在一個實施方案中，第三功率端口 216和能量傳遞元件202的繞組2 之間的功率傳遞可以獨立于主功率端口 204和能量傳遞元件202之間的功率傳遞， 而且獨立于第一功率端口 208和第二功率端口 212的功率傳遞。PWM 502、三角波形生成器506、比較器508和反饋電路510以與圖4中示出的相應(yīng)部件類似的方式連接和起作用。反饋電路510接收AC2量UAe2 516。AC2量UAe2 516可以是電壓信號或電流信號，并且在一個實施例中代表第三功率端口 216的ac電壓Vac2 132。 反饋電路510被連接，以感測來自第三功率端口 216的AC2量Uac2 516，并且產(chǎn)生反饋信號 Ufb 518。反饋信號518可以是電壓信號或電流信號。反饋信號518代表AC2量UAe2 516，并且在比較器508非倒相輸入處被接收。比較器508在其倒相輸入處接收來自三角波形生成器506的三角波形Utki 514。比較器508輸出ac調(diào)制信號520。在其他應(yīng)用中，ac 調(diào)制信號520等效于控制開關(guān)切換的驅(qū)動信號。然而，在本發(fā)明的實施方案中，進一步用主量Umain’ 522來調(diào)制ac調(diào)制信號520，以產(chǎn)生第三驅(qū)動信號U皿284.通過用主量Umai/ 522 來調(diào)制ac調(diào)制信號520，常規(guī)的雙向功率轉(zhuǎn)換器可以被簡化至僅一個半橋級。比較器508的輸出連接至XOR門504的一個輸入，并且接收ac調(diào)制信號520。XOR 門504的另一個輸入被連接，以接收代表主驅(qū)動信號Umain 272的信號——主量Umain’ 522。 如所示出的，XOR門504的輸出是第三驅(qū)動信號Uxor 284.在一個實施例中，進一步連接至 XOR門504的輸出的，是倒相器512。倒相器512接收第三驅(qū)動信號Uxqk觀4，并且輸出倒相第三驅(qū)動信號^^ 286 0圖6是示出了控制器500的各種波形的時序圖600。時序圖600示出了三角波形 Utei 514、反饋信號Ufb 518、ac調(diào)制信號520、主量Umain，522和第三驅(qū)動信號Uxqk 284的實例。如所示出的，三角波形Utki 514是在正電壓和負電壓之間振蕩的波形，并且反饋信號Ufb 518是正弦波形。圖6示出了反饋信號Ufb 518的一個周期。如上面所提及的，反饋信號Ufb 518代表第三功率端口 216的ac電壓VAC2。在時刻、602和時刻t2 604之間，三角波形UTKI514的幅度大于反饋信號Ufb 518幅度。這樣，ac調(diào)制信號520(其從比較器508 被輸出)是邏輯低值。在時刻、602和時刻t2 604之間，主量Umain’522(代表主驅(qū)動信號 Umain 272)處于邏輯低值。結(jié)果，XOR門504和第三驅(qū)動信號Uxqk 284的輸出是邏輯低。在時刻t2 604和、606之間，三角波形Utki 514的幅度仍大于反饋信號Ufb 518 的幅度，并且ac調(diào)制信號520是邏輯低值。然而，主量Umai/ 522從邏輯低值轉(zhuǎn)變至邏輯高值，這導(dǎo)致M)R門504和第三驅(qū)動信號Uxqk 284的輸出轉(zhuǎn)變至邏輯高值。盡管在此公開的本發(fā)明已通過其具體實施方案、實施例和應(yīng)用進行了描述，但是在不背離權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對其做出許多改型和變體。
權(quán)利要求
1.一種用于在多個功率端口之間傳遞功率的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，所述功率輸送網(wǎng)絡(luò)包括能量傳遞元件，其具有第一繞組、第二繞組和第三繞組，其中第一功率轉(zhuǎn)換器待被連接以在第一功率端口和所述第一繞組之間傳遞功率，并且其中第二功率轉(zhuǎn)換器待被連接以在所述第二繞組和第二功率端口之間傳遞功率；主功率端口，其待被連接至dc電壓；以及主端口接口，其被連接在所述主功率端口和所述第三繞組之間，以循環(huán)地反轉(zhuǎn)所述dc 電壓，并且以固定占空比向所述第三繞組提供循環(huán)地反轉(zhuǎn)的電壓，其中所述第一功率轉(zhuǎn)換器獨立于所述第二繞組和所述第二功率端口之間的功率傳遞來控制所述第一功率端口和所述第一繞組之間的功率傳遞，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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，其中所述主功率端口是雙向功率端口，并且其中所述主功率端口被連接以從所述第三繞組接收功率并向所述第三繞組傳遞功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，其中所述主端口接口包括橋，所述橋具有連接在所述主功率端口和所述第三繞組之間的多個開關(guān)，以響應(yīng)于主控制信號來循環(huán)地反轉(zhuǎn)所述dc電壓，其中所述主控制信號具有所述固定占空比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，其中所述能量傳遞元件包括單個磁芯，并且其中所述第一繞組、所述第二繞組以及所述第三繞組經(jīng)由所述單個磁芯相互磁連接。
5.一種用于在多個功率端口之間傳遞功率的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，所述功率輸送網(wǎng)絡(luò)包括能量傳遞元件，其具有第一繞組、第二繞組和第三繞組；第一功率轉(zhuǎn)換器，其被連接以在第一功率端口和所述第一繞組之間傳遞功率；第二功率轉(zhuǎn)換器，其被連接以在所述第二繞組和第二功率端口之間傳遞功率；主功率端口，其被連接至電壓；以及主端口接口，其被連接在所述主功率端口和所述第三繞組之間，以以固定占空比向所述第三繞組提供循環(huán)地反轉(zhuǎn)的電壓，其中所述第一功率轉(zhuǎn)換器獨立于所述第二繞組和所述第二功率端口之間的功率傳遞來控制所述第一功率端口和所述第一繞組之間的功率傳遞， 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。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，其中所述第一繞組兩端的電壓和所述第二繞組兩端的電壓都基本成比例于所述第三繞組的所述循環(huán)地反轉(zhuǎn)的電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，其中所述第二功率轉(zhuǎn)換器獨立于所述第一功率端口和所述第一繞組之間的功率傳遞來控制所述第二繞組和所述第二功率端口之間的功率傳遞。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，其中所述第一功率轉(zhuǎn)換器包括開關(guān)，其被連接以響應(yīng)于驅(qū)動信號來控制所述第一功率端口和所述第一繞組之間的功率傳遞；以及控制器，其被連接以生成所述驅(qū)動信號，以獨立于所述第二繞組、獨立于所述第二功率端口以及獨立于所述第二功率轉(zhuǎn)換器來調(diào)整所述第一功率轉(zhuǎn)換器的輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，其中所述控制器不接收關(guān)于所述第二繞組、 所述第二功率端口和所述第二功率轉(zhuǎn)換器的反饋信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，其中所述第一功率端口是單向功率端口，并且其中所述第一功率轉(zhuǎn)換器被連接以僅在從所述第一功率端口至所述第一繞組的方向上傳遞功率。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，其中所述第二功率端口是單向功率端口，并且其中所述第二功率轉(zhuǎn)換器被連接以僅在從所述第二繞組至所述第二功率端口的方向上傳遞功率。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，其中所述第二功率端口是雙向功率端口，并且其中所述第二功率轉(zhuǎn)換器是雙向功率轉(zhuǎn)換器，所述第二功率轉(zhuǎn)換器被連接以在從所述第二繞組至所述第二功率端口的第一方向上以及在從所述第二功率端口至所述第二繞組的第二方向上傳遞功率。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，其中所述第二功率轉(zhuǎn)換器是ac至ac功率轉(zhuǎn)換器，并且其中所述第二功率端口提供ac輸出電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，其中所述第一功率轉(zhuǎn)換器是dc至ac功率轉(zhuǎn)換器，并且其中所述第一功率端口待被連接以接收dc電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，其中所述主功率端口是雙向功率端口，并且其中所述主功率端口被連接以從所述第三繞組接收功率并向所述第三繞組傳遞功率。
16.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，其中所述主端口接口包括橋，所述橋具有連接在所述主功率端口和所述第三繞組之間的多個開關(guān)，以響應(yīng)于主控制信號來循環(huán)地反轉(zhuǎn)在所述主功率端口處接收的電壓，其中所述電壓是dc電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，其中所述主端口接口進一步包括控制器， 所述控制器被連接以提供具有所述固定占空比的所述主控制信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，其中所述控制器被連接以以所述固定占空比和固定頻率提供所述主控制信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，其中所述主功率端口待被連接至能量存儲元件，以存儲從所述能量傳遞元件接收的功率并向所述能量傳遞元件提供所存儲的功率。
20.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，其中所述第二功率轉(zhuǎn)換器包括脈沖寬度調(diào)制器(PWM)，其被連接以接收代表所述第二功率端口的輸出的反饋信號，其中所述PWM進一步被連接以生成調(diào)制信號；以及異或O(OR)邏輯電路，其被連接以接收所述調(diào)制信號，并且被連接以接收具有所述固定占空比的信號，其中所述XOR邏輯電路進一步被連接以輸出驅(qū)動信號，以響應(yīng)于所述調(diào)制信號和所述具有所述固定占空比的信號來控制所述第二繞組和所述第二功率端口之間的功率傳遞。
21.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率輸送網(wǎng)絡(luò)，其中所述能量傳遞元件包括單個磁芯，并且其中所述第一繞組、所述第二繞組以及所述第三繞組經(jīng)由所述單個磁芯相互磁連接。
22.—種功率輸送系統(tǒng)，包括第一功率端口、第二功率端口和主功率端口 ；電能生成器，其被連接以向所述第一功率端口提供功率；能量存儲元件，其被連接以向所述主功率端口提供dc電壓；能量輸送網(wǎng)絡(luò)，其用于在所述第一功率端口、所述第二功率端口和所述第三功率端口之間傳遞功率，所述網(wǎng)絡(luò)包括能量傳遞元件，其具有第一繞組、第二繞組和第三繞組；第一功率轉(zhuǎn)換器，其被連接以在所述第一功率端口和所述第一繞組之間傳遞功率； 第二功率轉(zhuǎn)換器，其被連接以在所述第二繞組和所述第二功率端口之間傳遞功率；以及主端口接口，其被連接在所述主功率端口和所述第三繞組之間，以循環(huán)地反轉(zhuǎn)所述dc 電壓，并且以固定占空比向所述第三繞組提供循環(huán)地反轉(zhuǎn)的電壓，其中所述第一功率轉(zhuǎn)換器獨立于所述第二繞組和所述第二功率端口之間的功率傳遞來控制所述第一功率端口和所述第一繞組之間的功率傳遞，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。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的功率輸送系統(tǒng)，其中所述第一繞組兩端的電壓以及所述第二繞組兩端的電壓都基本成比例于所述第三繞組的所述循環(huán)地反轉(zhuǎn)的電壓。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的功率輸送系統(tǒng)，其中所述第二功率轉(zhuǎn)換器獨立于所述第一功率端口和所述第一繞組之間的功率傳遞來控制所述第二繞組和所述第二功率端口之間的功率傳遞。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的功率輸送系統(tǒng)，其中所述第二功率端口是雙向功率端口， 并且其中所述第二功率轉(zhuǎn)換器是雙向功率轉(zhuǎn)換器，所述第二功率轉(zhuǎn)換器被連接以在從所述第二繞組至所述第二功率端口的第一方向上以及在從所述第二功率端口至所述第二繞組的第二方向上傳遞功率。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的功率輸送系統(tǒng)，其中所述主功率端口是雙向功率端口，并且其中所述主功率端口被連接以從所述第三繞組接收功率并向所述第三繞組傳遞功率。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的功率輸送系統(tǒng)，其中所述主端口接口包括橋，所述橋具有連接在所述主功率端口和所述第三繞組之間的多個開關(guān)，以響應(yīng)于主控制信號來循環(huán)地反轉(zhuǎn)所述dc電壓，其中所述主控制信號具有所述固定占空比。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的功率輸送系統(tǒng)，其中所述能量存儲元件包括蓄電池，以存儲從所述能量傳遞元件接收的功率并向所述能量傳遞元件提供所存儲的功率。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的功率輸送系統(tǒng)，其中所述第二功率轉(zhuǎn)換器包括脈沖寬度調(diào)制器(PWM)，其被連接以響應(yīng)于代表所述第二功率端口的輸出的反饋信號來生成調(diào)制信號；以及異或O(OR)邏輯電路，其被連接以接收所述調(diào)制信號，并且被連接以接收具有所述固定占空比的信號，其中所述XOR邏輯電路進一步被連接以輸出驅(qū)動信號，以響應(yīng)于所述調(diào)制信號以及所述具有所述固定占空比的信號來控制所述第二繞組和所述第二功率端口之間的功率傳遞。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的功率輸送系統(tǒng)，其中所述能量傳遞元件包括單個磁芯，并且其中所述第一繞組、所述第二繞組以及所述第三繞組經(jīng)由所述單個磁芯相互磁連接。
31.根據(jù)權(quán)利要求22所述的功率輸送系統(tǒng)，其中所述電能生成器包括光伏電池。
全文摘要
一種示例性功率輸送網(wǎng)絡(luò)，包括能量傳遞元件、主功率端口和主端口接口。所述能量傳遞元件包括多個繞組，其中第一功率轉(zhuǎn)換器在第一功率端口和第一繞組之間傳遞功率，并且第二功率轉(zhuǎn)換器在第二繞組和第二功率端口之間傳遞功率。所述主端口接口被連接以循環(huán)地反轉(zhuǎn)在所述主功率端口處接收的dc電壓，并且以固定占空比向所述能量傳遞元件的第三繞組提供循環(huán)地反轉(zhuǎn)的電壓，其中所述第一功率端口和所述第一繞組之間的功率傳遞獨立于所述第二繞組和所述第二功率端口之間的功率傳遞。此外，所述主功率端口的有效阻抗小于所述第一功率端口和所述第二功率端口的有效阻抗。
文檔編號H02M7/797GK102457197SQ201110315128
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者C·納尼亞, I·A·納尼亞 申請人:電力集成公司