[發明專利]雙向雙輸入BUCK直流變換器及其功率分配方法

無效

• 申請號: 201210336857.1
• 申請日: 2012-09-13
• 公開（公告）號: CN102882370A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 孫孝峰;劉飛龍;李偉松;李昕
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H02M3/10
• 分類號: H02M3/10;H02J7/35
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 李合印

技術領域

本發明涉及一種雙半橋開關組串聯LC濾波器的拓撲結構，尤其是一種雙向雙輸入BUCK直流變換器及其功率分配方法。

背景技術

隨著環境保護問題的日益突出，人們越來越重視可再生能源的開發利用。可再生能源具有廉價、可靠、清潔無污染、能源豐富等特點，因此可再生能源發電展現了良好的市場前景。目前，應用較多的可再生能源發電形式有光伏發電，燃料電池供電、風力發電、水利發電、地熱發電等等，但均存在電力供應不穩定、不連續、隨氣候條件變化等特點，因此需要采用多種能源聯合供電的分布式供電系統。

在傳統的新能源聯合供電系統中，每種能源形式通常需要一個DC/DC變換器，將各種能源變成直流輸出，并聯在公共的直流母線上，供給直流負載，但其結構較復雜，且成本較高。為了簡化電路結構，降低系統成本，可以用一個多輸入直流變換器（Multiple-Input?Converter，MIC）代替多個單輸入直流變換器。MIC允許多種能源輸入，輸入源的性質、幅值和特性可以相同，也可以差別很大，多輸入源可以分別或同時向負載供電，因此提高了系統的穩定性和靈活性，實現能源的優化利用，并且降低系統成本。

發明內容

為了克服現有技術中存在的上述問題，本發明提出一種拓撲結構和控制方法均較簡單，且能實現能量的自動分配利用的拓撲結構。

為了實現上述目的，本發明采用下述技術方案：一種雙向雙輸入BUCK直流變換器，包括兩個BUCK脈沖電壓源和LC濾波器，每個脈沖電壓源是由電源和半橋開關組組成，是在BUCK電路中用功率開關管代替續流二極管構成脈沖電壓源，兩個脈沖電壓源相串聯后，再經過LC濾波器給負載供電，電源正極接到半橋開關組的高端，電源負極接到半橋開關組的低端，并分別從半橋開關組中間和低端引出兩個端子與其他電路連接，濾波器由電感L和電容C組成，連接方式為兩個脈沖電壓源串聯，再經LC濾波器輸出。

以光伏電池（A源）和蓄電池（B源）作為兩個輸入電壓源，根據電路中能量的傳遞，雙向雙輸入BUCK直流變換器存在五種工作模態，其一是A、B同時供電，其二是A單獨供電，其三是B單獨供電，其四是A供電，B儲能，C耗能，其五是A供電，B儲能，C反饋。

為了保證雙向雙輸入BUCK直流變換器有效工作，本發明還提供了一種雙向雙輸入BUCK直流變換器功率分配方法，該方法包括對兩個輸入源提供功率和負載回饋功率的控制，電源A以最大功率輸入，電源B作為功率緩沖單元，當負載需求功率大于電源A提供的功率時，電源B放電，當負載需求功率小于電源提供的功率時，電源B充電，電源A為光伏電池，通過最大功率跟蹤算法保持最大功率輸入，電源B為蓄電池，通過一個帶反向輸出的調節器(例如PI調節器)進行能量自動分配：當負載需求功率大于電源A輸入功率時，調節器輸出為正值，轉化為開關管M2的占空比，控制電源B的放電功率；當負載需求功率小于電源A輸入功率時，負載電壓升高，調節器輸出為負值，轉化為開關管M4的占空比，控制電源B的充電功率，維持負載電壓穩定。

由于采用上述技術方案，本發明提供的雙向雙輸入BUCK直流變具有這樣的有益效果：

本發明具有：重量輕、體積小、成本低、損耗小、電路的效率高、輸出電壓波形中的紋波小、不需要隔離變壓器等特點。采用兩路能量輸入，可充分利用新能源，并能雙向傳遞能量，實現能量優化利用。易實現模塊化，易擴展應用。

本發明與雙輸入BUCK電路相比，能實現能量回饋。由于在原來的雙輸入基礎上增加了雙向的功能，當負載需要的功率較多時，兩個輸入源同時給負載供電，與傳統的雙輸入BUCK電路相同，當負載需要的功率較少時，新能源發出的電能大于負載需要的能量，通過適當的控制，實現能量反向流動，將多余的能量儲存在蓄電池中，當新能源發出的電能不足時，蓄電池再放電，以維持輸出電壓的穩定，進而實現能量的優化分配。

附圖說明

圖1為本發明的雙向雙輸入BUCK直流變換器電氣原理圖；

圖2為本發明的控制系統結構框圖；

圖3為本發明的A、B同時供電的等效電路；

圖4為本發明的A獨立供電等效電路；

圖5為本發明的B獨立供電等效電路；

圖6為本發明的A供電，B儲能，C耗能等效電路；

圖7為本發明的A供電，B儲能，C反饋等效電路；

圖8為本發明的仿真波形；

圖9為本發明在太陽能汽車電機系統中的電氣原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述：