基于双有源桥电路的双模式直流-直流变换器及其控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于双有源桥电路的双模式直流-直流变换器及其控制装置，双模式的直流-直流变换器包括输入电源、第一有源桥电路、继电器第一开关、缓冲电感、高频变压器、继电器第二开关、第二有源桥电路、输出滤波电容。控制装置包括电压传感器、电流传感器以及DSP数字控制器，其中DSP数字控制器包括变换器工作模式控制器、输出电压调节环、Flyback模式信号调制器、DAB模式信号调制器、信号选择开关。如果负载电流较大，则变换器工作于DAB模式，变压器原边侧与副边侧电路都为双有源桥，采用移相控制输出电压的大小；如果负载电流较小，则变换器工作于Flyback模式，通过对开关管PWM控制实现对输出电压的控制。不同的工作模式可以保证变换器在不同的功率情况下都获得较高的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于双有源桥电路的双模式直流-直流变换器及其控制装置，属于电力电子变换器及其控制

技术介绍
化石能源的枯竭迫使人们寻找合适的可替代、无污染的可再生能源，光伏电池和风电机组目前发展最为迅猛。在可再生能源发电发面，单台风电机组的输出功率持续提高，目前已经达到5MW；而将光伏电池进行串联或并联也可以达到较大的输出功率，大功率输出的能量采用单台功率变换器进行处理，可以实现较高的变换效率。但随之而来也出现了一些问题，对光伏电池而言，不能保证每块光伏电池对太阳光的入射角度都一致，或者部分光伏电池被云层、建筑物的阴影所遮挡，这就不能保证每块光伏电池都工作在各自的最大功率点上，直接影响了系统的效率，降低了发电商的利润。为应对上述问题，近年来，可再生能源，特别是光伏发电的一个重要研究方向是微逆变器，即每块光伏电池(功率一般为150-250W)配备一个微逆变器模块，直接安装在光伏电池板的背面。通常情况下，为了使单块光伏电池所发电压能够实现并网，微逆变器都采用多级功率变换，即在并网逆变器前有一级DC/DC变换器，该DC/DC变换器既能够实现光伏电池的最大功率点跟踪，又能将较低的光伏电池输出电压抬升到能够实现并网的电压等级。光伏电池在一天之中，其输出功率的变化范围非常宽，而一般情况下，DC/DC变换器都有一个适应的功率范围，如反激变换器适合于几十瓦的功率变换，而全桥变换器适合于几百瓦至几千瓦的功率变换，因此很难选择一种变换器既能在低功率，又同时在高功率都取得较高的变换效率。因此建立一种在宽功率变换范围内都取得较高变换效率的变换器对推动可再生能源发电的发展、降低发电成本、提高运营商的利润和积极性都有积极地意义。因此，寻找适合宽功率变换范围的变换器及其相应的控制策略、保证电能变换的高效率、通过数字芯片控制实现整个系统的稳定运行是本专利技术的主要任务。
技术实现思路
专利技术目的：针对光伏电池的最大输出功率随光照辐射强度的变化而变化这一特性，实现处理光伏电池所发电能的变换器在较宽的处理功率范围内都能够实现高效。由于光伏电池的输出功率剧烈、大范围波动的频次不是特别高，因此可以由无损的继电器开关切断/投入变换器中的某些元件，从而实现在不同功率下应用不同拓扑的工作，以保证变换器在较宽的功率范围内都实现高效。技术方案：一种基于双有源桥电路的双模式直流-直流变换器，包括输入电源，第一有源桥电路，继电器第一开关、缓冲电感、高频变压器、继电器第二开关、第二有源桥电路、输出滤波电容和负载电阻。其中第一有源桥电路包括带反并二极管的第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管，第一开关管的源极和第三开关管的漏极连接，第二开关管的源极和第四开关管的漏极连接，且第一开关管的漏极连接第二开关管的漏极，第三开关管的源极连接第四开关管的源极；输入电源的正输入端连接在第一开关管的漏极和第二开关管的漏极之间，输入电源的负输入端连接在第三开关管的源极和第四开关管的源极之间。所述继电器第一开关，其第一端子连接在第一开关管的源极与第三开关管的漏极之间；所述缓冲电感的一端和继电器第一开关的第三端子连接；所述第二有源桥电路包括带反并二极管的第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管，第五开关管的源极与第七开关管的漏极连接，第六开关管的源极与第八开关管的漏极连接，且第五开关管的漏极与继电器第二开关的第一端子连接，第六开关管的漏极与继电器第二开关的第三端子连接，第七开关管的源极连接第八开关管的源极；继电器第二开关的第二端子悬空。所述高频变压器包括第一原边绕组、第二原边绕组和副边绕组，其中第一原边绕组的同名端与缓冲电感的另一端连接，第一原边绕组的异名端则与继电器第一开关的第二端子连接，第二原边绕组的异名端连接在第二开关管的源极与第四开关管的漏极之间；副边绕组的同名端连接在第五开关管的源极与第七开关管的漏极之间，副边绕组的异名端连接在第六开关管的源极与第八开关管的漏极之间；所述输出滤波电容的一端连接在第六开关管的漏极与继电器第二开关的第三端子之间，并且与负载电阻的一端连接；输出滤波电容的另一端连接在第七开关管的源极与第八开关管的源极之间，并且与负载电阻的另一端连接。基于双有源桥电路的双模式直流-直流变换器的数字控制装置，包括电压传感器、电流传感器以及DSP数字控制器，其中DSP数字控制器包括变换器工作模式控制器、输出电压调节环、Flyback模式信号调制器、DAB模式信号调制器、信号选择开关；电压传感器的输入端连接在电阻的两端，电流传感器的输入端与负载电阻串联；变换器工作模式选择控制器包括固定值信号发生器、第一比较器和模式选择器，其中，比较器的正输入端接电流传感器的输出端，第一比较器的负输入端接固定值信号发生器的输出端，第一比较器的输出端与模式选择器的输入端连接，模式选择器的第一输出端为Flyback模式，第二输出端为DAB模式；输出电压调节环包括减法器和输出电压调节器，其中，减法器的正输入端接输出电压基准值，减法器的负输入端接上述电压传感器的输出端，减法器的输出端接输出电压调节器的输入端；Flyback模式信号调制器包括时钟信号发生器、计时器、零信号发生器、第二比较器、RS触发器、第三信号汇集器，其中，计时器的B输入端接时钟信号发生器的输出端，计时器的R输入端接第二比较器的输出端，计时器的T输出端接第二比较器的正输入端；第二比较器的负输入端与输出电压调节器的输出端连接，第二比较器的输出端与RS触发器的R输入端连接，RS触发器的S输入端与时钟信号发生器的输出端连接，RS触发器的输出端Q接第二信号汇集器的一个输入端，第二信号汇集器的另一个输入端接零信号发生器的输出端；DAB模式信号调制器包括ＰＷＭ信号发生器、反相器、第一信号汇集器、移相器、第二信号汇集器，其中，反相器的输入端与PWM信号发生器的输出端连接，反相器的输出端与第一信号汇集器第二输入端连接，第一信号发生器第一输入端与PWM信号发生器的输出端连接，第一信号汇集器的输出端与第二信号汇集器的一个输入端连接，移相器第一输入端与输出电压调节器的输出端连接，移相器第二输入端与第一信号汇集器的输出端连接，移相器输出端与第二信号汇集器的另一个输入端连接；信号选择开关为一个三端数字单刀双掷开关，信号选择开关的第一端子接Flyback模式信号调制器中第三信号汇集器的输出端，信号选择开关的第三端子接DAB模式信号调制器中第二信号汇集器的输出端，信号选择开关的第一端子输出第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管的驱动信号。一种基于双有源桥电路的双模式直流-直流变换器的数字控制方法，包括如下步骤：通过输出电压环控制基于双有源桥电路的双模式直流-直流变换器的输出电压保持在恒定值；通过电流传感器检测负载电流，判断变换器的输出功率范围。如果变换器输出功率大于设定的临界值，变换器工作于DAB模式，继电器第一开关的第一端子连接其第三端子，继电器第二开关的第一端子连接其第三端子，变换器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双有源桥电路的双模式直流‑直流变换器，其特征在于：包括输入电源，第一有源桥电路，继电器第一开关、缓冲电感、高频变压器、继电器第二开关、第二有源桥电路、输出滤波电容和负载电阻；其中第一有源桥电路包括带反并二极管的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，第一开关管的源极和第三开关管的漏极连接，第二开关管的源极和第四开关管的漏极连接，且第一开关管的漏极连接第二开关管的漏极，第三开关管的源极连接第四开关管的源极；输入电源的正输入端连接在第一开关管的漏极和第二开关管的漏极之间，输入电源的负输入端连接在第三开关管的源极和第四开关管的源极之间；所述继电器第一开关，其第一端子连接在第一开关管的源极与第三开关管的漏极之间；所述缓冲电感的一端和继电器第一开关的第三端子连接；所述第二有源桥电路包括带反并二极管的第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管，第五开关管的源极与第七开关管的漏极连接，第六开关管的源极与第八开关管的漏极连接，且第五开关管的漏极与继电器第二开关的第一端子连接，第六开关管的漏极与继电器第二开关的第三端子连接，第七开关管的源极连接第八开关管的源极；继电器第二开关的第二端子悬空；所述高频变压器包括第一原边绕组、第二原边绕组和副边绕组，其中第一原边绕组的同名端与缓冲电感的另一端连接，第一原边绕组的异名端则与继电器第一开关的第二端子连接，第二原边绕组的异名端连接在第二开关管的源极与第四开关管的漏极之间；副边绕组的同名端连接在第五开关管的源极与第七开关管的漏极之间，副边绕组的异名端连接在第六开关管的源极与第八开关管的漏极之间；所述输出滤波电容的一端连接在第六开关管的漏极与继电器第二开关的第三端子之间，并且与负载电阻的一端连接；输出滤波电容的另一端连接在第七开关管的源极与第八开关管的源极之间，并且与负载电阻的另一端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于双有源桥电路的双模式直流-直流变换器，其特征在于：包括输入电源，第一有源桥电路，继电器第一开关、缓冲电感、高频变压器、继电器第二开关、第二有源桥电路、输出滤波电容和负载电阻；其中第一有源桥电路包括带反并二极管的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，第一开关管的源极和第三开关管的漏极连接，第二开关管的源极和第四开关管的漏极连接，且第一开关管的漏极连接第二开关管的漏极，第三开关管的源极连接第四开关管的源极；输入电源的正输入端连接在第一开关管的漏极和第二开关管的漏极之间，输入电源的负输入端连接在第三开关管的源极和第四开关管的源极之间；所述继电器第一开关，其第一端子连接在第一开关管的源极与第三开关管的漏极之间；
所述缓冲电感的一端和继电器第一开关的第三端子连接；
所述第二有源桥电路包括带反并二极管的第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管，第五开关管的源极与第七开关管的漏极连接，第六开关管的源极与第八开关管的漏极连接，且第五开关管的漏极与继电器第二开关的第一端子连接，第六开关管的漏极与继电器第二开关的第三端子连接，第七开关管的源极连接第八开关管的源极；继电器第二开关的第二端子悬空；
所述高频变压器包括第一原边绕组、第二原边绕组和副边绕组，其中第一原边绕组的同名端与缓冲电感的另一端连接，第一原边绕组的异名端则与继电器第一开关的第二端子连接，第二原边绕组的异名端连接在第二开关管的源极与第四开关管的漏极之间；副边绕组的同名端连接在第五开关管的源极与第七开关管的漏极之间，副边绕组的异名端连接在第六开关管的源极与第八开关管的漏极之间；
所述输出滤波电容的一端连接在第六开关管的漏极与继电器第二开关的第三端子之间，并且与负载电阻的一端连接；输出滤波电容的另一端连接在第七开关管的源极与第八开关管的源极之间，并且与负载电阻的另一端连接。
2.一种如权利要求1所述的基于双有源桥电路的双模式直流-直流变换器的数字控制装置，其特征在于：包括电压传感器、电流传感器以及DSP数字控制器，其中DSP数字控制器包括变换器工作模式控制器、输出电压调节环、Flyback模式信号调制器、DAB模式信号调制器、信号选择开关；
电压传感器的输入端连接在电阻的两端，电流传感器的输入端与负载电阻串联；
变换器工作模式选择控制器包括固定值信号发生器、第一比较器和模式选择器，其中，比较器的正输入端接电流传感器的输出端，第一比较器的负输入端接固定值信号发生器的输出端，第一比较器的输出端与模式选择器的输入端连接，模式选择器的第一输出端为Flyback模式，第二输出端为DAB模式；
输出电压调节环包括减法器和输出电压调节器，其中，减法器的正输入端接输出电压基准值，减法器的负输入端接上述电压传感器的输出端，减法器的输出端接输出电压调节器的输入端；
Flyback模式信号调制器包括时钟信号发生器...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴云亚，阚加荣，梁艳，吴冬春，薛迎成，彭思敏，姚志垒，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32