[發(fā)明專利]非隔離型三端口直流變換器及其控制方法和電路

有效

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• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110855144B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田慶新;周國華;張小兵;劉枘君
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;H02J7/35;H02J7/00
• 代理公司: 成都盈信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51245
• 代理人: 崔建中

本發(fā)明公開了六種非隔離型三端口直流變換器及其控制方法和電路。其中一種，開關(guān)管S₁的源極連接到二極管D₂的陽極，D₂的陰極連接到開關(guān)管S₂的源極和儲能電感L的一端，S₂的漏極連接到二極管D₁的陰極。控制方法為，直流變換器的輸入電壓的采樣值和參考值，經(jīng)誤差放大后再與鋸齒波比較，生成驅(qū)動信號控制S₁；同時，直流變換器的負載電壓的采樣值和參考值，經(jīng)誤差放大后再與鋸齒波比較，生成驅(qū)動信號控制S₂。控制電路為，兩個誤差放大器的輸出端分別連接到兩個比較器的輸入端，兩個比較器還輸入鋸齒波，兩個比較器的輸出端分別用于連接S₁和S₂的柵極。本發(fā)明的有益效果在于，采用單個變換器即可實現(xiàn)輸入源、儲能設(shè)備和負載之間的功率管理與控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是非隔離型三端口直流變換器及其控制方法和控制電路。

背景技術(shù)

近年來，隨著環(huán)境污染和能源危機問題的加劇，利用太陽能、氫能、風能等新能源進行發(fā)電成為研究的熱點。新能源發(fā)電系統(tǒng)按照是否與電網(wǎng)連接分為并網(wǎng)運行和獨立運行兩種運行方式，獨立運行的新能源發(fā)電系統(tǒng)因為其結(jié)構(gòu)簡單，供電質(zhì)量高等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于偏遠山區(qū)、海島、工業(yè)園區(qū)等無電網(wǎng)地區(qū)的供電，除此之外，獨立運行的新能源發(fā)電系統(tǒng)也被廣泛應(yīng)用于新能源汽車、獨立LED照明系統(tǒng)的供電中。但是，由于新能源發(fā)電系統(tǒng)的輸出特性往往與環(huán)境因素密切相關(guān)，不同環(huán)境條件下新能源發(fā)電系統(tǒng)的輸出特性具有隨機性和波動性，因此，在獨立運行的新能源發(fā)電系統(tǒng)中必須配備儲能單元來存儲和調(diào)節(jié)電能，以滿足用電負載對供電連續(xù)性和穩(wěn)定性的要求。

在傳統(tǒng)的新能源發(fā)電系統(tǒng)中，由于需要同時管理輸入源、儲能設(shè)備和負載，往往需要多個獨立的變換器進行電能變換和能量的管理，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，成本高，無法實現(xiàn)集中式控制，以進一步提高系統(tǒng)的效率，降低系統(tǒng)成本。針對上述系統(tǒng)存在的問題，研究者提出將三端口變換器應(yīng)用于新能源發(fā)電系統(tǒng)中，從而改進系統(tǒng)的效率，減小成本，提高功率密度，并實現(xiàn)集中式控制。已經(jīng)有很多文獻提出了多種三端口變換器的拓撲，但這些拓撲中往往包括三個甚至更多開關(guān)管，系統(tǒng)的成本高、體積大，控制復(fù)雜，且端口間的電壓具有明顯的大小約束，應(yīng)用范圍窄，參數(shù)設(shè)計較為困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了六種可同時實現(xiàn)輸入功率源、儲能設(shè)備和負載之間的功率流管理的非隔離型三端口直流變換器及其控制方法和控制電路。

第一種非隔離型三端口直流變換器，包括第一開關(guān)管S₁、第二開關(guān)管S₂、第一二極管D₁、第二二極管D₂和儲能電感L；S₁的源極連接到D₂的陽極，D₂的陰極連接到S₂的源極和L的一端，S₂的漏極連接到D₁的陰極；S₁的漏極和D₁的陽極分別為輸入端的正極和負極，D₁的陰極和S₁的源極分別為儲能端的正極和負極，L的另一端和D₁的陽極分別為負載端的正極和負極。

第二種非隔離型三端口直流變換器，包括第一開關(guān)管S₁、第二開關(guān)管S₂、第一二極管D₁、第二二極管D₂和儲能電感L；L的一端連接到S₂的漏極和D₂的陽極，S₂的源極連接到D₁的陽極，D₂的陰極連接到S₁的漏極；L的另一端和S₁的源極分別為輸入端的正極和負極，S₁的漏極和D₁的陽極分別為儲能端的正極和負極，D₁的陰極和S₁的源極分別為負載端的正極和負極。