專利名稱：利用單個(gè)變壓器在獨(dú)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(gè)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(gè)位置以及從多個(gè)位置傳遞功率。這樣的示例系統(tǒng)是太陽(yáng)能輸送系統(tǒng)和汽車功率處理系統(tǒng)。太陽(yáng)能輸送系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例是用于家庭消費(fèi)的太陽(yáng)能輸送系統(tǒng)。光伏(PV)電池將來(lái)自所接收的太陽(yáng)光的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。然后所述功率輸送系統(tǒng)將該電能傳遞至家中的各個(gè)位置。功率可從PV電池(PV cell)傳遞至用于功率存儲(chǔ)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(gè)獨(dú)立的設(shè)備，它們用于在太陽(yáng)能輸送系統(tǒng)中傳遞功率。一個(gè)設(shè)備——其被稱為最大功率點(diǎn)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(yáng)能輸送系統(tǒng)還利用另一設(shè)備，即功率逆變器(inverter)，其將來(lái)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(gè)高壓ac或dc輸出和輸入，它們每個(gè)可具有一個(gè)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(duì)于每個(gè)高壓隔離ac輸出使用獨(dú)個(gè)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(duì)于一個(gè)典型的具有PV 電池、獨(dú)個(gè)蓄電池和獨(dú)個(gè)高壓ac輸出的太陽(yáng)能輸送系統(tǒng)，將使用兩個(gè)分立的產(chǎn)品，每個(gè)產(chǎn)品都具有它自己的變壓器。此外，對(duì)于所述功率逆變器的每個(gè)附加的(additional)輸出， 將使用另一個(gè)變壓器。兩個(gè)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(gè)功率逆變器或其他功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組合為具有單個(gè)能量傳遞元件——例如變壓器——的單個(gè)產(chǎn)品，以降低設(shè)備的成本和尺寸。具有向多個(gè)位置以及從多個(gè)位置傳遞能量的單個(gè)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(duì)功率輸送系統(tǒng)實(shí)施MPPC具有許多挑戰(zhàn)和阻礙，比如，針對(duì)連接至所述單個(gè)能量傳遞元件的不同位置實(shí)施控制環(huán)(control loops)。例如，具有3個(gè)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(gè)MPPC系統(tǒng)將需要考慮該功率傳遞對(duì)第三位置的影響，因?yàn)檫@些位置共享通過(guò)所述能量傳遞元件的共同路徑。這樣，控制著去往或來(lái)自所述第三位置的功率的控制信號(hào)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(duì)于所述第一位置和所述第三位置之間的功率傳遞以及對(duì)所述第二位置的作用，也是如此。這樣，當(dāng)更多個(gè)功率端口被連接至該能量傳遞元件時(shí)，針對(duì)每個(gè)個(gè)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(duì)每個(gè)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(gè)典型的 MPPC系統(tǒng)限于不多于三個(gè)功率端口。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種用于在多個(gè)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(dú)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(lái)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)開(kāi)關(guān)，以響應(yīng)于主控制信號(hào)來(lái)循環(huán)地反轉(zhuǎn)所述dc電壓，其中所述主控制信號(hào)具有所述固定占空比。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述能量傳遞元件包括單個(gè)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(gè)磁芯相互磁連接。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種用于在多個(gè)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(dú)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(lái)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施方案中，所述第二功率轉(zhuǎn)換器獨(dú)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(lái)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(gè)實(shí)施方案中，所述第一功率轉(zhuǎn)換器包括開(kāi)關(guān)，其被連接以響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)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(dòng)信號(hào)，以獨(dú)立于所述第二繞組、獨(dú)立于所述第二功率端口以及獨(dú)立于所述第二功率轉(zhuǎn)換器來(lái)調(diào)整所述第一功率轉(zhuǎn)換器的輸出。
在一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)開(kāi)關(guān)，以響應(yīng)于主控制信號(hào)來(lái)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(gè)實(shí)施方案中，所述主端口接口進(jìn)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(hào)。在一個(gè)實(shí)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(hào)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述主功率端口待被連接至能量存儲(chǔ)元件，以存儲(chǔ)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(chǔ)的功率。在一個(gè)實(shí)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(hào)，其中所述PWM進(jìn)一步被連接以生成調(diào)制信號(hào)；以及異或O(OR)邏輯電路，其被連接以接收所述調(diào)制信號(hào)，并且被連接以接收具有所述固定占空比的信號(hào)，其中所述XOR邏輯電路進(jìn)一步被連接以輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以響應(yīng)于所述調(diào)制信號(hào)和所述具有所述固定占空比的信號(hào)來(lái)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(gè)實(shí)施方案中，所述能量傳遞元件包括單個(gè)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(gè)磁芯相互磁連接。本發(fā)明的又一個(gè)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(chǔ)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(dú)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(lái)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施方案中，所述第二功率轉(zhuǎn)換器獨(dú)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(lái)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)開(kāi)關(guān)，以響應(yīng)于主控制信號(hào)來(lái)循環(huán)地反轉(zhuǎn)所述dc電壓，其中所述主控制信號(hào)具有所述固定占空比。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述能量存儲(chǔ)元件包括蓄電池，以存儲(chǔ)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(chǔ)的功率。在一個(gè)實(shí)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(hào)來(lái)生成調(diào)制信號(hào)；以及異或O(OR)邏輯電路，其被連接以接收所述調(diào)制信號(hào)，并且被連接以接收具有所述固定占空比的信號(hào)，其中所述XOR邏輯電路進(jìn)一步被連接以輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以響應(yīng)于所述調(diào)制信號(hào)以及所述具有所述固定占空比的信號(hào)來(lái)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(gè)實(shí)施方案中，所述能量傳遞元件包括單個(gè)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(gè)磁芯相互磁連接。在一個(gè)實(shí)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(duì)本發(fā)明更具體的描述中，本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方案的上述以及其他方面、特征和優(yōu)勢(shì)將更加明了。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施方案的用于圖2的功率輸送系統(tǒng)的示例性主驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形。圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施方案的功率輸送系統(tǒng)的各種波形的時(shí)序圖。在附圖的這些視圖中，對(duì)應(yīng)的參考字符指示對(duì)應(yīng)的部件。技術(shù)人員應(yīng)理解，附圖中的元件是為了簡(jiǎn)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(duì)于另一些元件可以被夸大，以幫助增進(jìn)對(duì)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方案的理解。而且，在商業(yè)可行的實(shí)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(gè)實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式在此描述了用于獨(dú)立功率端口之間的功率傳遞的實(shí)施方案。在下面的描述中闡述了許多具體細(xì)節(jié)，以提供對(duì)所述實(shí)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(shí)至IJ，可以不使用這些具體細(xì)節(jié)中的一個(gè)或多個(gè)，或者可以使用其他方法、部件、材料等，來(lái)實(shí)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(xì)示出或說(shuō)明，以避免模糊特定方面。在本說(shuō)明書中，“一個(gè)實(shí)施方案” “一實(shí)施方案” “一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”意味著，關(guān)乎該實(shí)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(gè)實(shí)施方案中。因此，在本說(shuō)明書多處出現(xiàn)的措辭“在一個(gè)實(shí)施方案中’x‘在一實(shí)施方案中’x‘一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”未必指的全都是同一實(shí)施方案或?qū)嵤├４送?，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)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(lái)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(jìn)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(lái)向和從多個(gè)位置/端口傳遞功率。多個(gè)功率端口可被連接在一起，以在幾個(gè)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(guò)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(gè)變壓器可被用于將功率從一個(gè)功率端口傳遞至另一個(gè)功率端口。當(dāng)前，實(shí)施MPPC的一個(gè)阻礙是，用于不同功率端口的控制回路通過(guò)同一磁路(即變壓器)共享共同路徑。由于該變壓器被這兩個(gè)功率端口共享， 調(diào)整一個(gè)功率路徑(從一個(gè)功率端口至另一個(gè)功率端口的路徑)的控制信號(hào)將影響另一個(gè)功率路徑。當(dāng)更多個(gè)功率端口被連接至該同一磁路時(shí)，存在更多個(gè)功率路徑，這增加了調(diào)整單個(gè)功率路徑的復(fù)雜性。結(jié)果，許多MPPC系統(tǒng)限于3個(gè)功率端口，以避免進(jìn)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(gè)功率輸送系統(tǒng)中，幾個(gè)功率端口可被連接在一起，以將功率從一個(gè)功率端口傳遞至另一個(gè)功率端口。本發(fā)明的實(shí)施方案提供了一種MPPC系統(tǒng)，所述MPPC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 N個(gè)功率端口，所述N個(gè)功率端口連接至使用一個(gè)低阻抗功率端口的單個(gè)磁設(shè)備——例如變壓器。本發(fā)明的實(shí)施方案還可使用獨(dú)特的調(diào)制方案，用于簡(jiǎn)化至少一個(gè)雙向功率端口。本發(fā)明的一個(gè)方面是這樣的空間拓?fù)?，其允許每個(gè)功率端口獨(dú)立于另一個(gè)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(dú)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(gè)實(shí)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(guò)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(gè)功率端口連接至該能量傳遞元件，也顯現(xiàn)為每個(gè)功率端口被連接至僅單個(gè)空間切換蓄電池(spatially switched battery)。這允許一個(gè)功率端口和該能量傳遞元件之間的功率傳遞獨(dú)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(gè)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(gè)功率端口傳遞功率。如所示出的，能量傳遞元件102通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(shí)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(gè)實(shí)例可以是上述的功率逆變器。圖1中進(jìn)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(shí)施例中，第二功率端口 112待被連接，以通過(guò)一個(gè)輸出——例如具有頻率的ac電壓(ACl) 130——為負(fù)載提供功率。第三功率端口 116是雙向功率端口的一個(gè)實(shí)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(shí)施例中，第三功率端口 116待被連接至一個(gè)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(shí)施例示了三個(gè)功率端口(108、112和116)以及一個(gè)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(gè)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(gè)實(shí)施方案中，功率端口 108、112、116和104中的至少一個(gè)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(gè)實(shí)施例是，具有多個(gè)三相ac輸出、一個(gè)備用蓄電池和一個(gè)柴油發(fā)電機(jī)(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(duì)于一些實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)主功率端口和相應(yīng)數(shù)目的主端口接口的實(shí)施方案中，每個(gè)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(gè) dc電壓源，例如能量存儲(chǔ)元件(蓄電池134、存儲(chǔ)電容器或超級(jí)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(shí)施多于三個(gè)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(shí)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(dú)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(jìn)一步討論的，主功率端口 104可連接至蓄電池，同時(shí)主端口接口 106可包括處于全橋轉(zhuǎn)換器拓?fù)涞囊唤M開(kāi)關(guān)，使得能量傳遞元件Tl 102處的電壓在正電壓和負(fù)電壓之間反復(fù)(toggle)。在一個(gè)實(shí)施方案中，主端口接口 106作為空間切換蓄電池來(lái)運(yùn)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(gè)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(dú)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(shí)，第二功率端口 112希望接收IOkW的功率。第二功率端口 112通過(guò)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(shí)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(guò)主功率端口 104。在另一個(gè)實(shí)施例中，在向多個(gè)功率端口供應(yīng)功率時(shí)，主功率端口 104可以同時(shí)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(shí)，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(shí)施方案中，主功率端口 104通過(guò)能量傳遞元件102從第一功率端口 108接收l(shuí)kW，并且第二功率端口 112通過(guò)能量傳遞元件102接收 6kW。在基本同時(shí)，第三功率轉(zhuǎn)換器116通過(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(chǔ)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(shí)，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(shí)，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(chǔ)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(guò)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(guò)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(gè)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(kāi)關(guān)Sl 228 ； 開(kāi)關(guān)S2 230;開(kāi)關(guān)S3 232;以及，開(kāi)關(guān)S4 234。第一功率轉(zhuǎn)換器210包括控制器209 ；電感器236;開(kāi)關(guān)S5 238;開(kāi)關(guān)S6 MO ；開(kāi)關(guān)S7 M2;以及，開(kāi)關(guān)S8 2440第二功率轉(zhuǎn)換器214 包括控制器213 ；整流器M6 ；開(kāi)關(guān)S9 M8;開(kāi)關(guān)SlO 250;開(kāi)關(guān)Sll 252;開(kāi)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(kāi)關(guān)S13沈0 ；開(kāi)關(guān) S14洸2;開(kāi)關(guān)S15洸4;開(kāi)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(dòng)信號(hào)Umain 272 ；倒相(inverted)主驅(qū)動(dòng)信號(hào)^； 274 ；第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ua 276 ；倒相第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)巧278 ；第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ub 280 ；倒相第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)巧282 ；第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)Uxor 沘4 ；以及，倒相第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)‘ 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(gè)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(guò)主端口接口 206連接至能量傳遞元件Tl 202。在一個(gè)實(shí)施例中，能量傳遞元件Tl 202是具有幾個(gè)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(gè)繞組220、222、2M和226，它們經(jīng)由單個(gè)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(gè)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(kāi)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(kāi)關(guān)Sl 2 和S2 230的一端。 主功率端口 204的負(fù)端(negative end)連接至開(kāi)關(guān)S3 232和S4 234的一端。此外，主繞組220的一端連接至開(kāi)關(guān)S2230的另一端，而主繞組220的另一端連接至開(kāi)關(guān)S3232的另一端。換言之，主繞組220的一端連接至開(kāi)關(guān)S2 230和S4 234之間的節(jié)點(diǎn)。主繞組220 的另一端連接至開(kāi)關(guān)Sl 228和S3 232之間的節(jié)點(diǎn)。開(kāi)關(guān)Sl 2 和開(kāi)關(guān)S4 234被連接以接收由控制器205生成的主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272。提供主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272的控制器205的一個(gè)實(shí)例被關(guān)于圖3示出。開(kāi)關(guān)Sl 2 和 S4 234響應(yīng)于主驅(qū)動(dòng)信號(hào)UmiN272而打開(kāi)(open)和閉合(close)。通常理解，閉合的開(kāi)關(guān)可以傳導(dǎo)電流從而被認(rèn)為是接通的(on)，而打開(kāi)的開(kāi)關(guān)不能傳導(dǎo)電流從而被認(rèn)為是斷開(kāi)的 (off)。主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272是具有邏輯高段和邏輯低段的矩形脈沖波形。在一個(gè)實(shí)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(dú)立于任何其他功率端口和能量傳遞元件202之間的個(gè)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(chǔ)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(dòng)信號(hào)Umain 272。例如，主驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(zhǎng)度。主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272也可具有固定的頻率。對(duì)于圖2中示出的實(shí)施例，當(dāng)主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272為邏輯高時(shí)，開(kāi)關(guān)和S4234是閉合的。當(dāng)主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272為邏輯低時(shí)，開(kāi)關(guān)和S4234是打開(kāi)的。盡管圖2將開(kāi)關(guān)Sl 228和S4 234示為從單個(gè)控制器205接收主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272，但每個(gè)開(kāi)關(guān)也可以從分立的驅(qū)動(dòng)器接收Umain 272。在圖2所示的實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)S2 230和開(kāi)關(guān)S3 232接收由控制器205生成的倒相主驅(qū)動(dòng)信號(hào)274。開(kāi)關(guān)S2 230和S3 232響應(yīng)于倒相主驅(qū)動(dòng)信號(hào)274而打開(kāi)和閉合。當(dāng)主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272為邏輯高時(shí)，倒相主驅(qū)動(dòng)信號(hào)^； 274為邏輯低，反之亦然。 盡管圖2將開(kāi)關(guān)S2 230和開(kāi)關(guān)S3 232示為從單個(gè)控制器205接收倒相主驅(qū)動(dòng)信號(hào)^； 274，但替代地，也可以用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器生成信號(hào)Umain 272而用另一個(gè)驅(qū)動(dòng)器生成^； 274。 甚至，可以用四個(gè)分立的驅(qū)動(dòng)器為每個(gè)開(kāi)關(guān)生成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。如上面所提及的，開(kāi)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(kāi)關(guān)Sl 2 和S4 2；34成對(duì)地打開(kāi)和閉合，并且開(kāi)關(guān)S2230和S3232也成對(duì)地打開(kāi)和閉合。此外，當(dāng)開(kāi)關(guān)Sl 228和S4 234是打開(kāi)的時(shí)，開(kāi)關(guān)S2 230和S3 232是閉合的，反之亦然。在運(yùn)轉(zhuǎn)中，當(dāng)開(kāi)關(guān)Sl 2 和S4 234是閉合的時(shí)，第二功率端口 204被連接為使得負(fù)主電壓Vmain 204被施加至主繞組220。當(dāng)開(kāi)關(guān)S2230和S3 232是閉合的時(shí)，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(kāi)關(guān)S2 230和S3 232是閉合的且開(kāi)關(guān)Sl 2 和S4 234是打開(kāi)的時(shí)，VM = +VMAIN (1)當(dāng)開(kāi)關(guān)Sl 228和S4 234是閉合的且開(kāi)關(guān)S2 230和S3 232是打開(kāi)的時(shí)，
Vm = -Vmain (2)主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272的占空比確定了主繞組220上的電壓Vm有多長(zhǎng)是正主電壓 +Vmain 204，以及主繞組220上的電壓Vm有多長(zhǎng)是負(fù)主電壓-Vmain 204。當(dāng)主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272的占空比為基本50%時(shí)，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(fù)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?yàn)橹鞫丝诮涌?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(jìn)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(gè)實(shí)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(guò)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(kāi)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(fù)端連接至開(kāi)關(guān)S7 242和S8 244的一端。電感器236的另一端則連接至開(kāi)關(guān)S5 238和S6 240的一端。在所示出的實(shí)施例中，第一繞組222的一端連接至開(kāi)關(guān)S6M0的另一端，且第一繞組222的另一端連接至開(kāi)關(guān)S7 242的另一端。換言之，第一繞組222的一端連接至開(kāi)關(guān)S6 240和開(kāi)關(guān)S8 244之間的節(jié)點(diǎn)。第一繞組222的另一端連接至開(kāi)關(guān)S7 242和開(kāi)關(guān)S5 238之間的節(jié)點(diǎn)。開(kāi)關(guān)S5238和開(kāi)關(guān)S8M4被連接以接收由控制器209生成的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ua 276。 開(kāi)關(guān)S5 238和S8 244響應(yīng)于第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ua 276而打開(kāi)和閉合。第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ua 276是具有邏輯高段和邏輯低段的矩形脈沖波形。在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng)信號(hào)Ua 276為邏輯高時(shí)，開(kāi)關(guān)S5 238和S8 244是閉合的。當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng)信號(hào)Ua 276為邏輯低時(shí)，開(kāi)關(guān)S5 238和S8 244是打開(kāi)的。盡管圖2將開(kāi)關(guān)S5 238和S8 244示為從單個(gè)控制器209接收第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ua 276，但每個(gè)開(kāi)關(guān)也可以替代地從分立的驅(qū)動(dòng)器接收第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ua 276。開(kāi)關(guān)S6 240和開(kāi)關(guān)S7 242接收由控制器209生成的倒相第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)巧278。 開(kāi)關(guān)S6 240和S7 242響應(yīng)于倒相第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)巧278而打開(kāi)和閉合。當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng)信號(hào)Ua 276為邏輯高時(shí)，倒相第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)^ 278為邏輯低，反之亦然。盡管圖2將開(kāi)關(guān)S6 240和
57242示為都從控制器209接收倒相第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)巧278，但替代地，可以用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器生成第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ua 276，而用另一個(gè)驅(qū)動(dòng)器生成倒相驅(qū)動(dòng)信號(hào)巧278。甚至，可以針對(duì)每個(gè)開(kāi)關(guān)使用一個(gè)分立的驅(qū)動(dòng)器。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ua 276和倒相驅(qū)動(dòng)信號(hào)巧278的占空比是脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ua 276 和倒相驅(qū)動(dòng)信號(hào)巧278的占空比是固定的，且進(jìn)一步，第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ua 276和倒相驅(qū)動(dòng)信號(hào)巧278的頻率也可以是固定的。在另一個(gè)實(shí)施方案中，第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ua 276的占空比與主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272的占空比基本相同。如上面所提及的，開(kāi)關(guān)S5 238、S6 240,S7 242和
58244以半橋形式連接在一起。這樣，對(duì)于PWM控制，開(kāi)關(guān)S5 238和S8 244成對(duì)地打開(kāi)和閉合，并且開(kāi)關(guān)S6 240和S7 242成對(duì)地打開(kāi)和閉合。此外，當(dāng)開(kāi)關(guān)S5 238和S8 244是打開(kāi)的時(shí)，開(kāi)關(guān)S6 240和S7 242是閉合的，反之亦然。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述開(kāi)關(guān)可被控制以實(shí)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(shí)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(gè)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(fù)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(fù)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(gè)實(shí)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(dú)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(shí)狀態(tài)的反饋信息。在運(yùn)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(gè)實(shí)施例中，第一功率轉(zhuǎn)換器210運(yùn)轉(zhuǎn)，使得來(lái)自PV電池128的dc電流被包括開(kāi)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(kāi)關(guān)S5 238、S6 240,S7 242和S8 248被打開(kāi)和閉合，使得切換電流(switched current)被注入第一繞組222。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一功率轉(zhuǎn)換器210作為最大功率點(diǎn)跟蹤器(MPPT)與降壓-升壓功率轉(zhuǎn)換器的組合來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。圖2中進(jìn)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(fù)載(未示出)生成具有頻率Wac電壓VAa 130。在一個(gè)實(shí)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(guò)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(kāi)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(jìn)一步連接至由開(kāi)關(guān) S9 248,SlO 250,Sll 252和S12 2M組成的半橋。電感器256連接至開(kāi)關(guān)S9 248和開(kāi)關(guān) Sll 252之間的節(jié)點(diǎn)。電感器256進(jìn)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(kāi)關(guān)S10250和開(kāi)關(guān)S122M之間的節(jié)點(diǎn)。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(kāi)關(guān)S12 2M接收由控制器213生成的第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)UJ80。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制器213響應(yīng)于代表ac電壓VAa 130的反饋信號(hào)而生成第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ub 280, 以調(diào)節(jié)由功率轉(zhuǎn)換器214輸出的ac電壓Vaci 130。開(kāi)關(guān)S9 248和S12 2M響應(yīng)于第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)UB280而打開(kāi)和閉合。第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)?shù)诙?qū)動(dòng)信號(hào)Ub 280為邏輯高時(shí)，開(kāi)關(guān)S9 248和S12 254 是閉合的。當(dāng)?shù)诙?qū)動(dòng)信號(hào)Ub 280為邏輯低時(shí)，開(kāi)關(guān)S9 248和S12 2M是打開(kāi)的。盡管圖 2將開(kāi)關(guān)S9 248和S12 2M示為都從控制器213接收第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ub觀0，但每個(gè)開(kāi)關(guān)可以替代地從分立的驅(qū)動(dòng)器接收第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ub 2800開(kāi)關(guān)SlO 250和Sll 252接收由控制器213生成的倒相第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)巧282.開(kāi)關(guān)SlO 250和Sll 252響應(yīng)于倒相第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)巧282而打開(kāi)和閉合。當(dāng)?shù)诙?qū)動(dòng)信號(hào)Ub 280為邏輯高時(shí)，倒相第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)^ 282為邏輯低，反之亦然。盡管圖2將開(kāi)關(guān)SlO 250 和Sll 252示為都從控制器209接收倒相第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)觀2，但替代地，可以用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器生成第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ub觀0，而用另一個(gè)驅(qū)動(dòng)器生成倒相第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)巧觀2。甚至，可以針對(duì)每個(gè)開(kāi)關(guān)使用一個(gè)分立的驅(qū)動(dòng)器。如上面所提及的，開(kāi)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(gè)實(shí)施方案中，S9 248和S12 2M成對(duì)地打開(kāi)和閉合，并且開(kāi)關(guān)SlO 250和Sll 252成對(duì)地打開(kāi)和閉合。此外，當(dāng)開(kāi)關(guān)S9 249和S12 254 是打開(kāi)的時(shí)，開(kāi)關(guān)SlO 250和Sll 252是閉合的，反之亦然。在一個(gè)實(shí)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(dú)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(shí)狀態(tài)的反饋信息。在運(yùn)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(fù)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(fù)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(yùn)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)例。第三功率端口 216還通過(guò)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(kāi)關(guān)S13 260, S14 262, S15 264和S16 266 開(kāi)關(guān)S13 260、S14 262、S15 264 禾口 S16 266 可以是四象限開(kāi)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(jí)。在第一級(jí)中，ac電壓被轉(zhuǎn)換為dc電壓。 在第二級(jí)中，該dc電壓則被轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)能量傳遞元件(例如隔離變壓器)的切換電壓。通常，第一級(jí)連接至ac線，第二級(jí)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(gè)級(jí)，這兩個(gè)級(jí)具有相等數(shù)目的開(kāi)關(guān)、大容量電容器(bulkcapacitor)、 電感器、驅(qū)動(dòng)器、控制器等，其與前兩個(gè)級(jí)成鏡像。盡管每個(gè)級(jí)的部件的數(shù)目因該級(jí)的實(shí)現(xiàn)方式而異，但是每個(gè)級(jí)可以用多達(dá)八個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)四個(gè)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(dá)16或32 個(gè)開(kāi)關(guān)。每個(gè)開(kāi)關(guān)通常具有其自身的驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制該開(kāi)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(gè)驅(qū)動(dòng)器。常規(guī)的雙向功率轉(zhuǎn)換器中使用的開(kāi)關(guān)可以是四象限開(kāi)關(guān) (four-quadrant switches)。通常，四象限開(kāi)關(guān)允許電流在兩個(gè)方向上通過(guò)該開(kāi)關(guān)，并且該開(kāi)關(guān)兩端的電壓的極性可以是正極性或負(fù)極性。四象限開(kāi)關(guān)可以每個(gè)開(kāi)關(guān)都包括一個(gè)η型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，其與另一個(gè)η型MOSFET串聯(lián)連接。在一個(gè)典型的隔離雙向功率轉(zhuǎn)換器中，控制第二級(jí)中的開(kāi)關(guān)的信號(hào)可被稱為ac 調(diào)制信號(hào)，因?yàn)檩敵鲞B接至ac電壓線。本發(fā)明的實(shí)施方案使用空間調(diào)制，以簡(jiǎn)化具有ac電壓線的典型的隔離雙向功率轉(zhuǎn)換器。如進(jìn)一步討論的，在雙向功率端口 218中使用單個(gè)半橋。然而，控制該半橋的開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain和％調(diào)制信號(hào)的組合。在本發(fā)明的實(shí)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(kāi)關(guān)的切換。該XOR的一個(gè)輸入是該ac調(diào)制信號(hào)，而該M)R的另一個(gè)輸入是主驅(qū)動(dòng)信號(hào)U薩。 所討論的實(shí)施方案用XOR調(diào)制方案來(lái)使用主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272，以將該雙向功率轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)化至能量傳遞元件的每一側(cè)上存在單個(gè)級(jí)，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(gè)級(jí)。使用較少的開(kāi)關(guān)還使得用于功率轉(zhuǎn)換器的控制器、驅(qū)動(dòng)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(kāi)關(guān)S13 260和S14 262的一端。第三繞組226的另一端進(jìn)一步連接至S15 264和S16266的一端。電感器268連接至開(kāi)關(guān)S13 260和S15 264 之間的節(jié)點(diǎn)。該電感器進(jìn)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(jìn)一步連接至開(kāi)關(guān)S14 262和開(kāi)關(guān)S16 266之間的節(jié)點(diǎn)。在所示出的實(shí)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(kāi)關(guān)S13 260和開(kāi)關(guān)S16 266接收由控制器217生成的第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)Uxqk觀4。在一個(gè)實(shí)施方案中，開(kāi)關(guān)S13 260和S16 266響應(yīng)于第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)Uxqk 284而打開(kāi)和閉合。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制器217響應(yīng)于代表ac電壓Vac2 132的信號(hào)而生成第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(dòng)信號(hào)Uxqk 284是具有邏輯高段和邏輯低段的矩形脈沖波形。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谌?qū)動(dòng)信號(hào)Um 284為邏輯高時(shí)，開(kāi)關(guān)S13 260和S16 266是閉合的。當(dāng)?shù)谌?qū)動(dòng)信號(hào)Uxor 284為邏輯低時(shí)，開(kāi)關(guān)S13 260和 S16 266是打開(kāi)的。盡管圖2將開(kāi)關(guān)S13 260和S16 266示為都從控制器217接收第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)Uxqk觀4，但每個(gè)開(kāi)關(guān)可以替代地從分立的驅(qū)動(dòng)器接收第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)Uxqk 2840在一個(gè)實(shí)施方案中，開(kāi)關(guān)S14 262和開(kāi)關(guān)S15 264接收由控制器217生成的倒相第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)^^86。開(kāi)關(guān)S14 262和開(kāi)關(guān)S15 264響應(yīng)于倒相第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)286而打開(kāi)和閉合。當(dāng)?shù)谌?qū)動(dòng)信號(hào)Uxqk 284為邏輯高時(shí)，倒相第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)I 286為邏輯低， 反之亦然。盡管圖2將開(kāi)關(guān)S14 262和開(kāi)關(guān)S15 264示為都從控制器217接收倒相第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)1286，但替代地，可以用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器生成第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)Uxrai W4，而用另一個(gè)驅(qū)動(dòng)器生成倒相第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)^^86。甚至，針對(duì)每個(gè)開(kāi)關(guān)可以使用一個(gè)分立的驅(qū)動(dòng)器。如上面所提及的，開(kāi)關(guān)S13 260, S14 262, S15 264和S16 266以半橋形式連接在一起。在一個(gè)實(shí)施方案中，開(kāi)關(guān)S13 260和S16 266成對(duì)地打開(kāi)和閉合，并且開(kāi)關(guān)S14 262和S15 264成對(duì)地打開(kāi)和閉合。此外，當(dāng)開(kāi)關(guān)S13 260和S16 266是打開(kāi)的時(shí)，開(kāi)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(jìn)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(gè)與主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272具有相同占空比的信號(hào)，以將該雙向功率轉(zhuǎn)換器從兩個(gè)級(jí)簡(jiǎn)化至單個(gè)級(jí)。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，用于第三功率轉(zhuǎn)換器218的原始驅(qū)動(dòng)信號(hào)被一個(gè)與主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272具有相同占空比的信號(hào)調(diào)制，以產(chǎn)生第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)Uxor 284。在一個(gè)實(shí)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(dú)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(dú)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(shí)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(shí)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(fù)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(fù)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(yùn)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(dòng)信號(hào)UmIN272的波形，包括主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272 ；倒相主驅(qū)動(dòng)信號(hào)^； 274;控制器302;接通時(shí)間304 ；斷開(kāi)時(shí)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(kāi)關(guān)提供主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272和倒相主驅(qū)動(dòng)信號(hào)^； 274 二者。然而，應(yīng)理解，可以用兩個(gè)分立的驅(qū)動(dòng)器供應(yīng)主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272和倒相主驅(qū)動(dòng)信號(hào)^； 274。如圖3中所示，主驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(shí)間304的長(zhǎng)度，并且所述邏輯低段具有標(biāo)記為斷開(kāi)時(shí)間tQFF 306的長(zhǎng)度。在接通時(shí)間tQN 304的開(kāi)始處，主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272跳至邏輯高值，并在接通時(shí)間tw 304的剩余時(shí)間保持在該邏輯高值，并且接收主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272的開(kāi)關(guān)是閉合的。在斷開(kāi)時(shí)間t, 306的開(kāi)始處，主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272轉(zhuǎn)變至邏輯低值，并在斷開(kāi)時(shí)間t, 306的剩余時(shí)間保持在該邏輯低值，并且接收主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272的開(kāi)關(guān)是打開(kāi)的。切換周期Ts 308是接通時(shí)間tQN 304和斷開(kāi)時(shí)間tQFF 306的和。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272具有基本固定的接通時(shí)間tQN 304、斷開(kāi)時(shí)間tQFF 306和切換周期 Ts 308。這樣，該占空比(接通時(shí)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(gè)實(shí)施方案中，該占空比被固定在基本50%。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該占空比被基本固定在小于50%，以考慮到開(kāi)關(guān)從ON狀態(tài)轉(zhuǎn)到OFF狀態(tài)所花費(fèi)的時(shí)間。換言之，接通時(shí)間304被設(shè)置為切換周期Ts 308的50%減去該開(kāi)關(guān)從ON狀態(tài)轉(zhuǎn)到OFF狀態(tài)所花費(fèi)的轉(zhuǎn)變時(shí)間。相似地，可從斷開(kāi)時(shí)間〖_ 306中減去相同的轉(zhuǎn)變時(shí)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(jìn)一步示出了反饋電路408、三角波形信號(hào)Utki 410、輸出量(output quantity)U0 412、 反饋信號(hào)Ufb 414和驅(qū)動(dòng)信號(hào)416?？刂破?00是可提供第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ub 280的控制器的一個(gè)實(shí)例。在圖4的實(shí)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(hào)Utri 410。在一個(gè)實(shí)施方案中，三角波形信號(hào)Utki 410是電壓信號(hào)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以用鋸齒波形生成器來(lái)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(hào)或電壓信號(hào)。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(cè)來(lái)自功率轉(zhuǎn)換器的輸出量Uq 412，并且產(chǎn)生反饋信號(hào)Ufb 414。反饋信號(hào)Ufb 414可以是電壓信號(hào)或電流信號(hào)。反饋信號(hào)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(dòng)信號(hào)416，以控制開(kāi)關(guān)的切換。在運(yùn)轉(zhuǎn)中，當(dāng)反饋信號(hào)Ufb 414和三角波形410都是電壓信號(hào)時(shí)，當(dāng)反饋信號(hào)Ufb 414大于三角波形410時(shí)，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(hào)414時(shí)，比較器406輸出邏輯低值。驅(qū)動(dòng)信號(hào)416可以是第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ub 280的一個(gè)實(shí)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(jìn)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(hào)Utki 514、AC2 量 UA。2 516、反饋信號(hào) Ufb 518、ac 調(diào)制信號(hào) 520、主量(main quantity) Umain，522、
第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)Uxor 284和倒相第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)‘ 2860控制器500是可提供如關(guān)于圖2所示的第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)Uxrai 284和倒相第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)^；觀6的控制器的一個(gè)實(shí)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。控制器500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(gè)實(shí)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(jí)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(duì)于第二級(jí)，用于控制開(kāi)關(guān)切換的控制方案可稱作ac調(diào)制信號(hào)， 因?yàn)榈谌β识丝?216是ac電壓線。本發(fā)明的實(shí)施方案通過(guò)將XOR調(diào)制與單級(jí)橋整流器一起使用來(lái)簡(jiǎn)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(dòng)信號(hào)Umain272的信號(hào)來(lái)調(diào)制ac調(diào)制信號(hào)的一個(gè)實(shí)例。如圖5中所示，通過(guò)一個(gè)代表主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272的信號(hào)(主量UmiN’52》來(lái)調(diào)制ac調(diào)制信號(hào)520。該代表主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272的信號(hào) (主量Umai/ 522)可以通過(guò)控制器500內(nèi)的主量信號(hào)Umain'生成器5M來(lái)生成。此外，該代表主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272的信號(hào)(主量Umu/522)可以與或可以不與主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272同步。對(duì)于簡(jiǎn)單的功率輸送系統(tǒng)，主量UmiN’522可以與主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272同步。對(duì)于更復(fù)雜的具有多個(gè)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(dòng)信號(hào)Umain 272同步。因此，在一個(gè)實(shí)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(dú)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(dú)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(hào)或電流信號(hào)，并且在一個(gè)實(shí)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(cè)來(lái)自第三功率端口 216的AC2量Uac2 516，并且產(chǎn)生反饋信號(hào) Ufb 518。反饋信號(hào)518可以是電壓信號(hào)或電流信號(hào)。反饋信號(hào)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(lái)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(hào)520。在其他應(yīng)用中，ac 調(diào)制信號(hào)520等效于控制開(kāi)關(guān)切換的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。然而，在本發(fā)明的實(shí)施方案中，進(jìn)一步用主量Umain’ 522來(lái)調(diào)制ac調(diào)制信號(hào)520，以產(chǎn)生第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)U皿284.通過(guò)用主量Umai/ 522 來(lái)調(diào)制ac調(diào)制信號(hào)520，常規(guī)的雙向功率轉(zhuǎn)換器可以被簡(jiǎn)化至僅一個(gè)半橋級(jí)。比較器508的輸出連接至XOR門504的一個(gè)輸入，并且接收ac調(diào)制信號(hào)520。XOR 門504的另一個(gè)輸入被連接，以接收代表主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Umain 272的信號(hào)——主量Umain’ 522。 如所示出的，XOR門504的輸出是第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)Uxor 284.在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)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(dòng)信號(hào)Uxqk觀4，并且輸出倒相第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)^^ 286 0圖6是示出了控制器500的各種波形的時(shí)序圖600。時(shí)序圖600示出了三角波形 Utei 514、反饋信號(hào)Ufb 518、ac調(diào)制信號(hào)520、主量Umain，522和第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)Uxqk 284的實(shí)例。如所示出的，三角波形Utki 514是在正電壓和負(fù)電壓之間振蕩的波形，并且反饋信號(hào)Ufb 518是正弦波形。圖6示出了反饋信號(hào)Ufb 518的一個(gè)周期。如上面所提及的，反饋信號(hào)Ufb 518代表第三功率端口 216的ac電壓VAC2。在時(shí)刻、602和時(shí)刻t2 604之間，三角波形UTKI514的幅度大于反饋信號(hào)Ufb 518幅度。這樣，ac調(diào)制信號(hào)520(其從比較器508 被輸出)是邏輯低值。在時(shí)刻、602和時(shí)刻t2 604之間，主量Umain’522(代表主驅(qū)動(dòng)信號(hào) Umain 272)處于邏輯低值。結(jié)果，XOR門504和第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)Uxqk 284的輸出是邏輯低。在時(shí)刻t2 604和、606之間，三角波形Utki 514的幅度仍大于反饋信號(hào)Ufb 518 的幅度，并且ac調(diào)制信號(hào)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(dòng)信號(hào)Uxqk 284的輸出轉(zhuǎn)變至邏輯高值。盡管在此公開(kāi)的本發(fā)明已通過(guò)其具體實(shí)施方案、實(shí)施例和應(yīng)用進(jìn)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(duì)其做出許多改型和變體。
權(quán)利要求
1.一種用于在多個(gè)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(dú)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(lái)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(gè)開(kāi)關(guān)，以響應(yīng)于主控制信號(hào)來(lái)循環(huán)地反轉(zhuǎn)所述dc電壓，其中所述主控制信號(hào)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(gè)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(gè)磁芯相互磁連接。
5.一種用于在多個(gè)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(dú)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(lái)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(dú)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(lái)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(kāi)關(guān)，其被連接以響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)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(dòng)信號(hào)，以獨(dú)立于所述第二繞組、獨(dú)立于所述第二功率端口以及獨(dú)立于所述第二功率轉(zhuǎn)換器來(lái)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(gè)開(kāi)關(guān)，以響應(yīng)于主控制信號(hào)來(lái)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(jìn)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(hào)。
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(hào)。
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(chǔ)元件，以存儲(chǔ)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(chǔ)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(hào)，其中所述PWM進(jìn)一步被連接以生成調(diào)制信號(hào)；以及異或O(OR)邏輯電路，其被連接以接收所述調(diào)制信號(hào)，并且被連接以接收具有所述固定占空比的信號(hào)，其中所述XOR邏輯電路進(jìn)一步被連接以輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以響應(yīng)于所述調(diào)制信號(hào)和所述具有所述固定占空比的信號(hào)來(lái)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(gè)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(gè)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(chǔ)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(dú)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(lái)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(dú)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(lái)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(gè)開(kāi)關(guān)，以響應(yīng)于主控制信號(hào)來(lái)循環(huán)地反轉(zhuǎn)所述dc電壓，其中所述主控制信號(hào)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(chǔ)元件包括蓄電池，以存儲(chǔ)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(chǔ)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(hào)來(lái)生成調(diào)制信號(hào)；以及異或O(OR)邏輯電路，其被連接以接收所述調(diào)制信號(hào)，并且被連接以接收具有所述固定占空比的信號(hào)，其中所述XOR邏輯電路進(jìn)一步被連接以輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以響應(yīng)于所述調(diào)制信號(hào)以及所述具有所述固定占空比的信號(hào)來(lái)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(gè)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(gè)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(gè)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(dú)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(hào)H02M7/797GK102457197SQ201110315128
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)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(qǐng)人:電力集成公司