一种矩阵式变压器的串并联均衡方法

本发明涉及变压器技术，尤其涉及一种矩阵式变压器的串并联均衡方法。

背景技术：

传统的变压器通常有两种形式，第一种最常见，由磁芯、线圈和骨架组成，有贴片和插件两种样式，该型变压器由于绕线工艺的复杂多变以及线径的影响，其工作带宽通常低于1mhz，最主要的是线圈的交流电阻较大，损耗大，变压器尺寸也大，且由于线圈缠绕在磁芯上，在工作时导致内外温度不均衡，线圈内部散热性能较差。第二种为平面变压器，由磁芯、pcb板组成，不需要骨架，线圈直接通过pcb板制备，该型变压器绕线一致性很高，走线薄，线圈交流电阻较小，损耗低，最重要的优点是高频性能好，工作带宽可提升至2mhz，但是，当做为跨接在原副边之间的隔离变压器时，该型变压器很难处理安规问题。本项目首次独创基于第三代宽禁带半导体的技术来构建平面变压器，利用gan/algan异质结天然形成的二维电子气(2deg)替代传统铜线。gan/algan异质结形成的二维电子气的浓度可高达1·1020/cm3，因而，其导电性能与铜相当，且半导体中的电子不像金属中的那样难以束缚，它可以通过调节组份、掺杂、变温、辐照等手段对其电导率进行调控。由于gan材料禁带宽度达3.4ev，耐压特性强，可以很好的解决安规的问题。

但是由于变压器在制作工艺上的内部材料用量不同和生产过程中产生结构的微小差异等原因，导致变压器采用矩阵式变压的过程中会产生单个个体间电流和电压上的微小差异，而这差异会对器件的使用寿命等方面产生不利影响，而且很可能会对变压效果产生影响。因此，本专利将首次在对矩阵式变压器的串并联布局上进行重新组合来消除个体间电压电流的差异来实现均衡变压。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种矩阵式变压器的串并联均衡方法，适应不同工作环境的一种矩阵式变压器的串并联均衡方法。

本发明提供的一种矩阵式变压器的串并联均衡方法，包括：变压器为双数、变压器为双数n个、变压器的个数为奇数、变压器的个数为奇数n个、两个变压器串联和两个变压器并联

当变压器为双数时，s1,s2,s3,s4,s5,s6是开关器件，实际应用用hemt器件替换。t1,t2,t3,t4,t5,t6是一种基于宽禁带异质结结构的平面变压器。

该电路首先通过单片机对t1—t6的两端电压与通过的电流进行数据采集，通过对采集的数据进行分析后，利用串并联重组模块对s1—s6的开关进行实时控制，首先将两端电压差异最大的两个变压器进行并联构成一个组，然后对剩余变压器中两端电压差异最大的两个变压器再次进行并联构成一个组，依次类推，最后将构成3个组，然后再将构成的3个组进行串联，依据串联电流的原理，3组的电流便相同。

变压器为双数n个时：当矩阵式变压器中变压器为n(偶数)个时，均衡变压方法与6个变压器时所演示的相同，依旧为先采用单片机对t1—tn两端电压和通过电流进行采集、分析，找出两端电压差异最大的变压器使其进行并联构成一个组，再次对剩余的变压器进行分析，找出两端电压差异最大的变压器，调节电路后使其并联构成一个组，再将剩余变压器中电压差异最大的两个变压器进行并联，依次类推，最后会得到n/2个组，将所有的组进行串联，依据串联电流相同的原理，每个并联组的电流相同，则可以实现n个变压器的串并联的均衡变压。

当变压器的个数为奇数时，暂以5个为例，因变压器的数量问题，5个变压器进行串并联重组后，会剩余的一个变压器没有能够与另一个变压器构成一个组。为解决此问题，可以给此变压器串联一个可控电阻，利用单片机对已经构成组的其中一个变压器进行电流采集，根据所采集的电压，对电阻进行阻值控制，使得剩余未构成组的变压器的电压与所采集的电压相等。

当变压器的个数为奇数n个时。当变压器的个数为奇数n个时，采用5个变压器为例时的方法，在串并联布局重新组合后，仍会留出一个没有能够重新组成组的变压器，利用单片机对最后一个组中一个变压器进行电压采集，给剩余的变压器串联一个可调节电阻，调节电阻阻值。

当两个变压器串联时，当两个变压器串联时，t2的副线圈记为l1，可以给变压器t2的副线圈串联一个与l1方向相同的线圈记为l2，再串联一个与l1方向不同的线圈记为l3。单片机采集t1、t2的电压，判断t1与t2电压的大小关系，若t1的电压大于t2的电压，则不把线圈l3接入电路，调节l2接入的匝数使得l2产生的感应电动势与l1产生的感应电动势之和等一t1的电压，即t1的电压等于t2的电压。反之，如果t1的电压小于t2的电压，则不把l2接入电路，调节l3接入电路的匝数，使得t1的电压与t2的电压相等。如此便可实现两个变压器串联时的均衡变压。

当两个变压器并联时，当两个变压器并联时，t2的副线圈记为l1，可以给变压器t2的副线圈串联一个与l方向相同的线圈记为l2，再串联一个与l1方向不同的线圈记为l3(l1、l2、l3均与t2的原线圈存在互感，且l2、l3接入部分均可调节)。单片机采集t1、t2的电流，判断t1与t2电压的大小关系，若t1的电流大于t2的电压，则不把线圈l3接入电路，调节l2接入的部分使得l2产生的感应电流与l1产生的感应电流之和等与t1的电流，即t1的电流等于t2的电流。反之，如果t1的电流小于t2的电流，则不把l2接入电路，调节l3接入电路的匝数，使得l3产生的反向感应电流来减少总电流的大小，便可使t1的电流等于t2的电流。如此便可实现两个变压器并联时的均衡变压。

与相关技术相比较，本发明提供的一种矩阵式变压器的串并联均衡方法具有如下有益效果：

采用串并联布局重组的方法，省去了传统方案中使用的均衡电阻、电感、电容等器件，极大节省的空间，避免了电阻等器件对电路中电压和电流的损耗，使变压后所得的电压更精准，可靠。

采用hemt器件来代替开关器件，使的单片机对电路串并联布局重组的控制变得更加迅速可靠。

采用一种基于宽禁带异质结构的平面变压器，其耐压特性强，可以很好的解决安规问题，并节省了空间的占用。

当第变压器为奇数n个时，仅用到一个电阻来均衡，相较与传统方案而言所使用的器件就少很多。

附图说明

图1是本发明中变压器为双数结构示意图。

图2是本发明中变压器为双数n个结构示意图。

图3是本发明中变压器的个数为奇数结构示意图。

图4是本发明中变压器的个数为奇数结构示意图。

图5是本发明中变压器的个数为奇数n个结构示意图

图6是本发明中变压器的个数为奇数n个结构示意图

图7是本发明中两个变压器串联结构示意图

图8是本发明中两个变压器并联结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

一种矩阵式变压器的串并联均衡方法，包括：变压器为双数、变压器为双数n个、变压器的个数为奇数、变压器的个数为奇数n、两个变压器串联、和两个变压器并联

如图1所示，当变压器为双数时，此图暂以6个变压器为例，s1,s2,s3,s4,s5,s6是开关器件，实际应用用hemt器件替换。t1,t2,t3,t4,t5,t6是一种基于宽禁带异质结结构的平面变压器。

该电路首先通过单片机对t1—t6的两端电压与通过的电流进行数据采集，通过对采集的数据进行分析后，利用串并联重组模块对s1—s6的开关进行实时控制，首先将两端电压差异最大的两个变压器进行并联构成一个组，然后对剩余变压器中两端电压差异最大的两个变压器再次进行并联构成一个组，依次类推，最后将构成3个组，然后再将构成的3个组进行串联，依据串联电流的原理，3组的电流便便相同。于是能够实现将t1,t2,t3,t4,t5,t6进行均衡的变压。

假设t1的电压为1.1v，t2的电压为1.3v，t3的电压为1.6v，t4的电压为1.2v，t5的电压为1.3v，t6的电压为1.5v。通过单片机采集电压数据后，调节开关的闭合重组电路，将t1与t3进行并联，则t1、t3的电压值相同，后依照相同方法将t4、t6组成并联组，t2、t5组成并联组，则t4与t6电压相同，t2与t5的电压相同。再将三个并联组进行串联，依据串联电流相同原理，三个并联组的电流相同。便可实现矩阵变压器的均衡变压。

如图2所示，当变压器为双数n个时：当矩阵式变压器中变压器为n(偶数)个时，均衡变压方法与6个变压器时所演示的相同，依旧为先采用单片机对t1—tn两端电压和通过电流进行采集、分析，找出两端电压差异最大的变压器使其进行并联构成一个组，再次对剩余的变压器进行分析，找出两端电压差异最大的变压器，调节电路后使其并联构成一个组，再将剩余变压器中电压差异最大的两个变压器进行并联，依次类推，最后会得到n/2个组，将所有的组进行串联，依据串联电流相同的原理，每个并联组的电流相同，则可以实现n个变压器的串并联的均衡变压。

如图3-4所示，当变压器的个数为奇数时，，暂以5个为例，因变压器的数量问题，5个变压器进行串并联重组后，会剩余的一个变压器没有能够与另一个变压器构成一个组。为解决此问题，可以给此变压器串联一个可控电阻，利用单片机对已经构成组的其中一个变压器进行电流采集，根据所采集的电压，对电阻进行阻值控制，使得剩余未构成组的变压器的电压与所采集的电压相等，例如，若串并联重组后t5没有与其重组的变压器，t3的电压为1.4v，t5的电压为1.6v(因为t3与t5的阻值差异十分小，而流经t5的电流一定大于t3，所以t5的电压一定比t3大)，干路电流为1a,给t5串联一个可控电阻，将阻值调为0.2r，依据串联分压的原理，可使t5的电压为1.4v。如此，便可实现均衡变压。

如图5-6所示，当变压器的个数为奇数n个时。当变压器的个数为奇数n个时，采用5个变压器为例时的方法，在串并联布局重新组合后，仍会留出一个没有能够重新组成组的变压器，利用单片机对最后一个组中一个变压器进行电压采集，给剩余的变压器串联一个可调节电阻，调节电阻阻值，利用串联分压原理，使得剩余未能构成组的变压器的电压与所被采集电压的变压器的电压相等。如此，便可以对奇数n个变压器进行均衡变压。

如图7所示，当两个变压器串联时，当两个变压器串联时，如右图所示，t2的副线圈记为l1，可以给变压器t2的副线圈串联一个与l1方向相同的线圈记为l2，再串联一个与l1方向不同的线圈记为l3(l1、l2、l3均与t2的原线圈存在互感，且l2、l3接入部分均可调节)。单片机采集t1、t2的电压，判断t1与t2电压的大小关系，若t1的电压大于t2的电压，则不把线圈l3接入电路，调节l2接入的匝数使得l2产生的感应电动势与l1产生的感应电动势之和等一t1的电压，即t1的电压等于t2的电压。反之，如果t1的电压小于t2的电压，则不把l2接入电路，调节l3接入电路的匝数，使得t1的电压与t2的电压先等。如此便可实现两个变压器串联时的均衡变压。

如图8所示，当两个变压器并联时，当两个变压器并联时，如右图所示，t2的副线圈记为l1，可以给变压器t2的副线圈串联一个与l方向相同的线圈记为l2，再串联一个与l1方向不同的线圈记为l3(l1、l2、l3均与t2的原线圈存在互感，且l2、l3接入部分均可调节)。单片机采集t1、t2的电流，判断t1与t2电压的大小关系，若t1的电流大于t2的电压，则不把线圈l3接入电路，调节l2接入的部分使得l2产生的感应电流与l1产生的感应电流之和等与t1的电流，即t1的电流等于t2的电流。反之，如果t1的电流小于t2的电流，则不把l2接入电路，调节l3接入电路的匝数，使得l3产生的反向感应电流来减少总电流的大小，便可使t1的电流等于t2的电流。如此便可实现两个变压器并联时的均衡变压。

工作原理：

本发明主要实现了对矩阵式变压器的均衡变压效果。当矩阵式变压器进行变压时，利用单片机技术对每个变压器中流过的电流和两端的电压进行数据的采集并分析，首先选出两端电压相差最大的两个变压器使其进行串联，接着将剩余变压器中两端电压差异最大的变压器进行串联，以此类推，最后把两两串联的变压器进行并联。矩阵式变压器进行变压时分为变压器为单双数，双数的情况参见本发明技术中当变压器为双数n个时的技术概述，单数的情况时参见本发明技术中当变压器为单数n个时的技术概述。本发明技术最后指出了当两个变压器采用矩阵式变压时，同样利用单片机对两个变压器中流过的电流与两端的电压进行采集分析(并联时对电流进行采集分析、串联时对电压进行采集分析)，后对变压器的副线圈进行串联或并联与副线圈所绕方向相同或相反的线圈，通过改变副线圈所串联或并联的正向与反向线圈的匝数，来使其中一个变压器的电流或电压与另一个变压器相同。

利用上述本发明技术便可实现对任意个变压器采用矩阵式变压的均衡问题。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。