[發(fā)明專利]具有三個輸入源的中間電容式升壓型直流變換器及方法

有效

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• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108306507B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高峰;劉家欣
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/32;H02M1/12;H02M1/44
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

本發(fā)明公開了一種具有三個輸入源的中間電容式升壓型直流變換器及方法，該直流變換器包括第一輸入電源、第二輸入電源、第三輸入電源、Ⅰ級buck?boost電路、Ⅱ級buck?boost電路、Ⅲ級buck?boost電路和Ⅳ級buck?boost電路；第一輸入電容與第一輸入電源并聯(lián)；第二輸入電源的正極與第一輸出電容和第二輸入電容的連接點連接，第二輸入電源的負極與第三輸入電容和第二輸出電容的連接點連接，第四輸入電容與第三輸入電源并聯(lián)；I級buck?boost電路控制第一輸入電源向第一輸出電容傳輸能量，Ⅳ級buck?boost電路控制第三輸入電源向第二輸出電容傳輸能量，Ⅱ級buck?boost電路和Ⅲ級buck?boost電路控制第二輸入電源分配給第一輸出電容和第二輸出電容能量的大小，平衡直流變換器輸出電壓。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子功率變換技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有三個輸入源的中間電容式升壓型直流變換器及其控制方法。

背景技術(shù)

21世紀以來，能源危機的問題越來越嚴重，可再生能源是各國的研究熱題。常見的新能源發(fā)電并網(wǎng)變換器有單級式和兩級式結(jié)構(gòu)，單級式結(jié)構(gòu)拓撲簡單，成本較低，但需要輸入電源具有較高的電壓，以滿足并網(wǎng)電壓的要求，而兩級式結(jié)構(gòu)可以通過前級結(jié)構(gòu)升壓和能量管理，提高并網(wǎng)系統(tǒng)的可控性，但額外的結(jié)構(gòu)會提高成本和引入損耗。

為了降低成本和提高效率，基于新能源發(fā)電的兩級式變換器正向大功率容量、高電壓等級方向發(fā)展。隨著功率容量的增大，就需要將傳統(tǒng)變換器進行并聯(lián)或串聯(lián)。傳統(tǒng)的交錯并聯(lián)boost電路將兩個boost電路進行并聯(lián)以減小流過每個器件的電流，提高變換器的容量，但該結(jié)構(gòu)沒有改變器件的電壓應(yīng)力，因此很難應(yīng)用于較高的電壓等級。隨著電壓等級的提高，三電平boost電路被廣泛應(yīng)用，因為它可以將器件的電壓應(yīng)力降低為輸出電壓的一半，但是它的升壓比和傳統(tǒng)的boost電路相同，電壓增益不夠高，且器件的電流應(yīng)力依然較高。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種具有三個輸入源的中間電容式升壓型直流變換器及方法，該直流變換器可以同時接入三個獨立可變的直流電源，并對其輸出電壓、電流實現(xiàn)控制，使整個直流變換器能夠輸出較高的直流電壓；此外，該結(jié)構(gòu)大幅降低了器件的電壓、電流應(yīng)力，從而降低了整個直流變換器的工作損耗，提高了工作效率；且該結(jié)構(gòu)作為前級結(jié)構(gòu)時，可以通過管理三個電源輸出能量的傳輸來平衡直流電壓，抑制中性點電壓偏移；其后級可以連接直流負載、兩電平逆變器和三電平逆變器，當連接三電平逆變器時，能夠降低交流輸出波形的諧波含量和EMI，提高并網(wǎng)電能質(zhì)量。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種具有三個輸入源的中間電容式升壓型直流變換器，包括第一輸入電源、第二輸入電源、第三輸入電源、由第一輸入電容、第一輸出電容、第一可控功率開關(guān)、第一儲能電感和第一功率二極管組成的Ⅰ級buck-boost電路、由第二輸入電容、第一輸出電容、第二可控功率開關(guān)、第二儲能電感和第二功率二極管組成的Ⅱ級buck-boost電路、由第三輸入電容、第二輸出電容、第三可控功率開關(guān)、第三儲能電感和第三功率二極管組成的Ⅲ級buck-boost電路和由第四輸入電容、第二輸出電容、第四可控功率開關(guān)、第四儲能電感和第四功率二極管組成的Ⅳ級buck-boost電路；

所述第一輸入電容與所述第一輸入電源并聯(lián)，所述第一輸入電容、第一輸出電容、第二輸入電容、第三輸入電容、第二輸出電容和第四輸入電容依次串聯(lián)連接；所述第二輸入電源的正極與第一輸出電容和第二輸入電容的連接點連接，所述第二輸入電源的負極與第三輸入電容和第二輸出電容的連接點連接，所述第四輸入電容與所述第三輸入電源并聯(lián)，所述I級buck-boost電路控制所述第一輸入電源向所述第一輸出電容傳輸能量，所述Ⅳ級buck-boost電路控制所述第三輸入電源向所述第二輸出電容傳輸能量，所述Ⅱ級buck-boost電路和所述Ⅲ級buck-boost電路控制所述第二輸入電源分配給所述第一輸出電容和所述第二輸出電容能量的大小，平衡直流變換器輸出電壓。