专利名称：一种多路隔离双向直流电传输电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多路隔离双向直流电传输电路，它是一种对多路不共地端口中任意几路间实现双向直流电传输的电路，属于直流电能变换技术领域。
背景技术：
在ー些直流电能应用场合，由多路不共地的直流电源单元组合起来，共同提供电能输出。为提高整体输出性能，需检测各直流电源单元的电压，井根据检测结果，在选定的单元间传输电能。由于各直流电源单元不共地，现有的技术采用开关切換、线性光隔离或前端数字化等电路实现电压检测，采用电容网络、电感网络或隔离式直流开关电源等电路实现电能传输，整体电路复杂、成本高，可靠性差。
发明内容
3. I 目的本发明的目的是提供一种多路隔离双向直流电传输电路，它是ー种单ー电路，能够同时完成电压检测和电能传输，并且该电路结构较简单，以解决现有技术中电路复杂、成本高、可靠性差的问题。3. 2技术方案本发明ー种多路隔离双向直流电传输电路，如图1，其特征在于它由第四换能单元4、第五换能单元5、第六换能单元6、第七换能单元7、磁耦合装置10、控制电路8及脉冲源9组成；脉冲源9与第四换能单元4、第五换能单元5、第六换能单元6和第七换能单元7连接并施加同步脉冲，控制电路8与第四换能单元4、第五换能单元5、第六换能单元6和第七换能单元7连接并施加选通信号，第四换能单元4、第五换能单元5、第六换能单元6和第七换能单元7通过磁耦合装置10互相连接，被施加选通信号的単元之间实现电能的互相传递。如图1，所述的第四换能单元4、第五换能单元5、第六换能单元6和第七换能单元7，由负极端ロ 11、正极端ロ 12、滤波电容13、第十七换能线圈17、开关器件15及脉冲分配电路14组成。第一外部电源I、第二外部电源2和第三外部电源3，相应连接于负极端ロ 11及正极端ロ 12并引入相应的第四换能单元4、第五换能单元5、第六换能单元6 ;滤波电容13两端分别与负极端ロ 11及正极端ロ 12连接，对输入电源进行滤波；第十七换能线圈17正端与正级端ロ 12连接，负端与开关器件15正端连接，开关器件15负端与负极端ロ 11连接，形成可控制通断的主回路16 ;第十七换能线圈17与磁耦合装置10形成磁连接；脉冲分配电路14输入端与脉冲源9输出端连接,控制端与控制电路8输出端连接,输出端与开关器件15控制端连接。该负极端ロ 11是低接触电阻电连接器；该正极端ロ 12是低接触电阻电连接器；
该滤波电容13是高频低阻电解电容；该第十七换能线圈17是高频低漏感绕组；该开关器件15是低导通电阻MOS管；该脉冲分配电路14是功率型与逻辑电路。所述的磁耦合装置10是高频磁性材料构成的高耦合度低漏感磁耦合回路；所述的控制电路8是单片机及周边电路；所述的脉冲源9是高频PWM发生电路。所述的第一外部电源I、第二外部电源2和第三外部电源3，是本发明的检测控制 对象，为直流电源。其中，所述的磁耦合装置10采用集中方案，由集中磁芯30构成；第四换能单元4、第五换能单元5、第六换能单元6、第七换能单元7内部的第十七换能线圈17、第十八换能线圈18、第十九换能线圈19、第二十换能线圈20，共同绕在集中磁芯30上。见图3。其中，所述的磁耦合装置10，采用分布方案，由第三十一分布磁芯31、第三十二分布磁芯32、第三十三分布磁芯33、第三十四分布磁芯34，绕在其上的第三十五耦合线圈35、第三十六耦合线圈36、第三十七耦合线圈37、第三十八耦合线圈38及耦合总线27组成；第四换能单元4、第五换能单元5、第六换能单元6、第七换能单元7内部的第十七换能线圈17、第十八换能线圈18、第十九换能线圈19、第二十换能线圈20，分别绕在第三十一分布磁芯31、第三十二分布磁芯32、第三十三分布磁芯33、第三十四分布磁芯34上。见图4。当控制电路8对某些换能单元，例如第四换能单元4、第六换能单元6施加选通信号，脉冲分配电路14将脉冲源9输出脉冲传输至开关器件15，实现主回路16高频通断；相应的第一外部电源1，可通过第四换能单元4、磁耦合装置10、第六换能单元6，与外部电源3实现电能双向传输。如图2，在仅要求单向传递电能情况下，所述的第七换能单元7，可采用简化电路，由第二十换能线圈20、开关ニ极管21及滤波电容构成；当控制电路8对第四换能单元4、第五换能单兀5、第六换能单兀6施加选通信号,相应第一外部电源I、第二外部电源2、第三外部电源3的电能均会传输到第七换能单元7并输出；例如，第一外部电源I电压较高，第三外部电源3电压较低，第四换能单元4、第六换能单兀6被施加选通信号,换能线圈17被施加励磁电压,会在集中磁芯30上产生磁场，并在第十八换能线圈18、第十九换能线圈19、第二十换能线圈20上产生感应电压；由于第六换能单元6也被施加选通信号，第十九换能线圈19上产生感应电压将被输出，实现电能从第一外部电源I向第三外部电源3的传输。如图3。例如，第一外部电源I电压较高，第三外部电源3电压较低，第四换能单元4、第六换能单兀6被施加选通信号,第十七换能线圈17被施加励磁电压,会在第三^ 分布磁芯31上产生磁场，并在第三十五耦合线圈35上产生感应电压，该感应电压通过耦合总线27传输至第三十六耦合线圈36、第三十七耦合线圈37、第三十八耦合线圈38，在对应的第三十二分布磁芯32、第三十三分布磁芯33、第三十四分布磁芯34上产生磁场，并在对应的第十八换能线圈18、第十九换能线圈19、第二十换能线圈20上产生感应电压；由于第六换能単元6也被施加选通信号，第十九换能线圈19上产生感应电压将被输出，实现电能从外部电源I向第三外部电源3的传输。如图4。3. 3优点及功效本发明可对多路不共地端口中任意几路，双向传输直流电，由于传输中电压和电能损耗均较低，可同时用于对各不共地端ロ传输电能及电压检测。本发明实现了单ー电路同时完成两种功能在多路不共地端ロ间互相传输电能，及高精度检测多路不共地端ロ的电压。并且该电路结构较简单，解决现有技术电路复杂、成本高、可靠性差的问题。
图I为本发明的原理图；图2为换能单元采用简化电路的原理图；图3为磁耦合装置采用集中方案的原理图；图4为磁耦合装置采用分布方案的原理图；图5为本发明一种应用的电路原理I中符号说明如下1、2、3分别表不第一外部电源I、第二外部电源2、第三外部电源3 ;4、5、6、7分别表示第四换能单元、第五换能单元、第六换能单元、第七换能单元；8控制电路；9脉冲源；10磁耦合装置；11负极端ロ； 12正极端ロ； 13滤波电容；14脉冲分配电路；15开关器件；16主回路；17、18、19、20分别表示第十七换能线圈17、第十八换能线圈18、第十九换能线圈19、第二十换能线圈20 ；图2中符号说明如下21开关ニ极管；22滤波电容；图3中符号说明如下30集中磁芯；图4中符号说明如下31、32、33、34分别表示第三i^一分布磁芯31、第三十二分布磁芯32、第三十三分布磁芯33、第三十四分布磁芯34 ；35、36、37、38分别表示第三十五耦合线圈35、第三十六耦合线圈36、第三十七耦合线圈37、第三十八耦合线圈38 ；39耦合总线；图5中符号说明如下40、41、42、43分别表示第四十外部电源40、第四i^一外部电源41、第四十ニ外部电源42、第四十三外部电源43 ；44、45、46、47、48分别表示第四十四换能单元44、第四十五换能单元45、第四十六换能单元46、第四十七换能单元47、第四十八换能单元48 ；49集中磁芯；51负极端ロ ；52正极端ロ ；53滤波电容；54与门；55开关管；56驱动变压器；57第五十七换能线圈57 ；58隔直电容；60逻辑电路；
61,62分压电阻；63去耦电容；64单片机；65通讯端ロ。
具体实施例方式见图1，本发明ー种多路隔离双向直流电传输电路，它由第四换能单元4、第五换能単元5、第六换能单元6、第七换能单元7、磁耦合装置10、控制电路8及脉冲源9组成；脉冲源9与第四换能单元4、第五换能单元5、第六换能单元6和第七换能单元7连接并施加同步脉冲，控制电路8与第四换能单元4、第五换能单元5、第六换能单元6和第七换能单元7连接并施加选通信号，第四换能单元4、第五换能单元5、第六换能单元6和第七换能单元7通过磁耦合装置10互相连接，被施加选通信号的単元之间实现电能的互相传递。如图1，图2，所述的第四换能单元4、第五换能单元5、第六换能单元6和第七换能単元7，由负极端ロ 11、正极端ロ 12、滤波电容13、第十七换能线圈17、开关器件15及脉冲分配电路14组成；第一外部电源I、第二外部电源2、第三外部电源3，相应连接于负极端ロ
11及正极端ロ 12并引入相应的第四换能单元4、第五换能单元5、第六换能单元6 ;滤波电容13两端分别与负极端ロ 11及正极端ロ 12连接，对输入电源进行滤波；第十七换能线圈17正端与正级端ロ 12连接，负端与开关器件15正端连接，开关器件15负端与负极端ロ 11连接，形成可控制通断的主回路16 ;换能线圈17与磁耦合装置10形成磁连接；脉冲分配电路14输入端与脉冲源9输出端连接，控制端与控制电路8输出端连接，输出端与开关器件15控制端连接。该负极端ロ 11是低接触电阻电连接器；该正极端ロ 12是低接触电阻电连接器；该滤波电容13是高频低阻电解电容；该第十七换能线圈17是高频低漏感绕组；该开关器件15是低导通电阻MOS管；该脉冲分配电路14是功率型与逻辑电路。所述的磁耦合装置10是高频磁性材料构成的高耦合度低漏感磁耦合回路；所述的控制电路8是单片机及周边电路；所述的脉冲源9是高频PWM发生电路。所述的第一外部电源I、第二外部电源2、第三外部电源3，第四十外部电源40、第四十一外部电源41、第四十ニ外部电源42、第四十三外部电源43，是本发明的检测控制对象，为直流电源。见图3，其中，所述的磁耦合装置10采用集中方案，由集中磁芯30构成；第四换能単元4、第五换能单元5、第六换能单元6、第七换能单元7内部的第十七换能线圈17、第十八换能线圈18、第十九换能线圈19、第二十换能线圈20，共同绕在集中磁芯30上。见图4，其中，所述的磁耦合装置10，采用分布方案，由第三十一分布磁芯31、第三十二分布磁芯32、第三十三分布磁芯33、第三十四分布磁芯34，绕在其上的第三十五耦合线圈35、第三十六耦合线圈36、第三十七耦合线圈37、第三十八耦合线圈38及耦合总线27组成；第四换能单元4、第五换能单元5、第六换能单元6、第七换能单元7内部的第十七换能线圈17、第十八换能线圈18、第十九换能线圈19、第二十换能线圈20，分别绕在第Hi^—分布磁芯31、第三十二分布磁芯32、第三十三分布磁芯33、第三十四分布磁芯34上。
如图5，为采用本发明构建的四路电源管理器，由第四十四换能单元44、第四十五换能单元45、第四十六换能单元46、第四十七换能单元47、第四十八换能单元48，集中磁芯49及逻辑电路60组成。第四十四换能单元44、第四十五换能单元45、第四十六换能单元46、第四十七换能单元47、第四十八换能单元48，由负极端ロ 51、正极端ロ 52、滤波电容53、与门54、开关管55、驱动变压器56、第五十七换能线圈57及隔直电容58组成。滤波电容53两端分别与负极端ロ 51及正极端ロ 52连接,第五十七换能线圈57正端与正级端ロ 52连接,负端与开关管55漏极连接，开关管55源极与负极端ロ 51连接，形成可控制通断的主回路；第五十七换能线圈57与集中磁芯49形成磁连接；与门54输入端分别连接逻辑电路输出脉冲及选通信号，其输出端通过隔直电容58与驱动变压器56原边连接；驱动变压器56副边与开关管55栅级连接。当选通信号为高电平时，脉冲信号由与门54放大输出，经隔直电容58及驱动 变压器56驱动开关管55高频开关。逻辑电路60，由分压电阻61、62，去耦电容63，单片机64及通讯端ロ 65组成。通讯端ロ 65与单片机64连接，对单片机64供电并与外部通讯；去耦电容63连接于单片机64电源两端；分压电阻61、62将第四十八换能单元48输出电压分压后连接到单片机64的模拟输入引脚；单片机64数字输出端分别输出脉冲及选通信号。工作过程中，单片机64首先轮流对第四十四换能单元44、第四十五换能单元45、第四十六换能单元46、第四十七换能单元47发出选通信号，同时保持对第四十八换能单元48发出选通信号；第四十外部电源40、第四十一外部电源41、第四十ニ外部电源42和第四十三外部电源43的电能轮流通过对应的换能单元，经集中磁芯49传输至第四十八换能単元48，由分压电阻61、62分压后，传输至单片机64检测。单片机64根据检测到的第四十外部电源40、第四十一外部电源41、第四十ニ外部电源42、第四十三外部电源43电压，按程序对相应的换能单元施加选通信号。例如外部电源40电压较高而外部电源43电压较低，单片机64对第四十四换能单元44、第四十七换能単元47施加选通信号，第四十外部电源40电能得以通过第四十四换能单元44，经集中磁芯49传输至第四十七换能单元47，并传输至第四十三外部电源43。
权利要求
1.一种多路隔离双向直流电传输电路，其特征在干它由第四换能单元(4)、第五换能単元(5)、第六换能单元￠)、第七换能单元(7)、磁耦合装置(10)、控制电路(8)及脉冲源(9)组成；脉冲源(9)与第四换能单元(4)、第五换能单元(5)、第六换能单元(6)和第七换能単元(7)连接并施加同步脉冲，控制电路(8)与第四换能单元(4)、第五换能单元(5)、第六换能单元(6)和第七换能单元(7)连接并施加选通信号，第四换能单元(4)、第五换能单元(5)、第六换能单元(6)和第七换能单元(7)，通过磁耦合装置(10)互相连接，被施加选通信号的単元之间实现电能的互相传递； 所述的第四换能单元(4)、第五换能单元(5)、第六换能单元(6)和第七换能单元(7)，由负极端ロ(11)、正极端ロ(12)、滤波电容(13)、第十七换能线圈(17)、开关器件(15)及脉冲分配电路(14)组成；第一外部电源(I)、第二外部电源(2)和第三外部电源(3)，相应连接于负极端ロ(11)及正极端ロ(12)并引入相应的第四换能单元4、第五换能单元5和第六换能单元6 ;滤波电容(13)两端分别与负极端ロ(11)及正极端ロ(12)连接，对输入电 源进行滤波；第十七换能线圈(17)正端与正级端ロ(12)连接，负端与开关器件(15)正端连接，开关器件(15)负端与负极端ロ(11)连接，形成可控制通断的主回路(16);第十七换能线圈(17)与磁耦合装置(10)形成磁连接；脉冲分配电路(14)输入端与脉冲源(9)输出端连接，控制端与控制电路(8)输出端连接，输出端与开关器件(15)控制端连接； 该负极端ロ(11)是低接触电阻电连接器； 该正极端ロ(12)是低接触电阻电连接器； 该滤波电容(13)是高频低阻电解电容； 该第十七换能线圈(17)是高频低漏感绕组； 该开关器件(15)是低导通电阻MOS管； 该脉冲分配电路(14)是功率型与逻辑电路； 所述的磁耦合装置(10)是高频磁性材料构成的高耦合度低漏感磁耦合回路； 所述的控制电路(8)是单片机及周边电路； 所述的脉冲源(9)是高频PWM发生电路； 所述的第一外部电源I、第二外部电源2和第三外部电源3，是检测控制对象，为直流电源。
2.根据权利要求I所述的ー种多路隔离双向直流电传输电路，其特征在于所述的磁耦合装置(10)采用集中方案，由集中磁芯(30)构成；第四换能单元(4)、第五换能单元(5)、第六换能单元(6)和第七换能单元(7)内部的第十七换能线圈(17)、第十八换能线圈(18)、第十九换能线圈(19)和第二十换能线圈(20)，共同绕在集中磁芯(30)上。
3.根据权利要求I所述的ー种多路隔离双向直流电传输电路，其特征在于所述的磁耦合装置(10)，采用分布方案，由第三十一分布磁芯(31)、第三十二分布磁芯(32)、第三十三分布磁芯(33)、第三十四分布磁芯(34)，绕在其上的第三十五耦合线圈(35)、第三十六耦合线圈(36)、第三十七耦合线圈(37)、第三十八耦合线圈(38)及耦合总线(27)组成；第四换能单元(4)、第五换能单元(5)、第六换能单元￠)、第七换能单元(7)内部的第十七换能线圈(17)、第十八换能线圈(18)、第十九换能线圈(19)、第二十换能线圈(20)，分别绕在第三i^一分布磁芯(31)、第三十二分布磁芯(32)、第三十三分布磁芯(33)、第三十四分布磁芯(34)上。
全文摘要
一种多路隔离双向直流电传输电路，由第四换能单元(4)、第五换能单元(5)、第六换能单元(6)、第七换能单元(7)、磁耦合装置(10)、控制电路(8)及脉冲源(9)组成；脉冲源(9)与第四换能单元(4)、第五换能单元(5)、第六换能单元(6)和第七换能单元(7)连接并施加同步脉冲，控制电路(8)与第四换能单元(4)、第五换能单元(5)、第六换能单元(6)和第七换能单元(7)连接并施加选通信号，第四换能单元(4)、第五换能单元(5)、第六换能单元(6)和第七换能单元(7)，通过磁耦合装置(10)互相连接，被施加选通信号的单元之间实现电能的互相传递。它结构简单，解决了电路复杂、成本高、可靠性差的问题。
文档编号H02M3/28GK102684497SQ20121012299
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者钱广宇 申请人:钱广宇