一种隔离型桥式三端口直流变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种隔离型桥式三端口直流变换器，包括逆变单元、隔离单元、第一输出单元和第二输出单元；逆变单元的一侧端口用于连接可再生能源，另一侧端口连接隔离单元；第一输出单元的一侧端口连接隔离单元，另一侧端口用于连接负载；第二输出单元的一侧端口连接隔离单元，另一侧端口用于连接储能装置；其中，隔离单元采用两个三绕组变压器构成，两个三绕组变压器的原边绕组串联，两个副边绕组分组交叉并互相反向串联，使输出端口与储能装置端口分享互补的脉冲，消除了可再生能源、储能装置和负载这三端之间的环流并减少了由环流带来的能量损耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于直流变换
，更具体地，涉及一种隔离型桥式三端口直流变换器。
技术介绍
可再生能源目前正受到越来越广泛的应用，然而可再生能源的间断性、不稳定性与要求稳定能量供给的负载之间存在矛盾，需引入储能装置以平衡可再生能源与负载之间的能量，一般采用同时连接可再生能源、储能装置及负载的三端口电路来解决这一矛盾。现有技术中，有以下两种三端口电路:一种是基于两个半桥结构的三端口电路，其中的隔离变压器原边半桥与可再生能源连接，副边半桥与负载连接，储能装置与原边分压电容并联；通过对原边桥臂两个开关管的控制可实现储能装置的充放电；同时，通过增加一个开关管以增加一个控制自由度，实现对三个端口之间的能量管理，该结构的缺点是不能为三个端口均提供电气隔离与电压匹配，其软开关的工作范围有限。另一种是基于多绕组变压器的三端口电路，通过将三绕组变压器与三个全桥结构相连，再分别连接可再生能源、储能装置以及负载，以实现三个端口之间的电气隔离与电压匹配，并可通过控制三个全桥之间的相位关系来控制端口之间的能量流动；然而该结构三个变压器绕组之间耦合严重，存在环流，导致效率降低且控制比较复杂。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种隔离型桥式三端口直流变换器，采用两个三绕组变压器形成隔离单元，将两个三绕组变压器的原边绕组串联，两个副边绕组分组交叉并互相反向串联，使隔离单元的第一输出端与第二输出端之间的电压和第三输出端与第四输出端之间的电压分享互补的脉冲，消除了可再生能源、储能装置和负载这三端之间的环流并减少了由环流带来的能量损耗。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种桥式三端口直流变换器，包括逆变单元、隔离单元、第一输出单元和第二输出单元；其中，逆变单元的第一端口作为隔离型桥式三端口直流变换器的输入端，用于连接可再生能源的输出端；隔离单元的第一端口连接逆变单元的第二端口 ；第一输出单元的第一端口连接隔离单元的第二端口，第一输出单元的第二端口作为隔离型桥式三端口直流变换器的负载电压输出口，用于连接负载；第二输出单元的第一端口连接隔离单元的第三端口 ；所述第二输出单元的第二端口作为隔离型桥式三端口直流变换器与储能装置之间的接口，用于连接储能装置；隔离单元第二端口的电压与第三端口的电压之间呈互补关系，使得可再生能源、储能装置以及负载这三端之间无环流；第二输出单元)是一个双向单元，来自隔离单元的电流可以经由第二输出单元流入储能装置，而储能装置里的电流也可经第二输出单元流入到隔离单元，供给负载。优选的，逆变单元包括第一逆变桥臂、第二逆变桥臂和电容分压网络；所述第一逆变桥臂、第二逆变桥臂和电容分压网络并联，并联的正端作为逆变单元的第一输入端，用于连接可再生能源的输出正端，并联的负端作为逆变单元的第二输入端，用于连接可再生能源的输出负端；其中，以电容分压网络的正端作为并联的正端，以电容分压网络的负端作为并联的负端；第一输入端与第二输入端属于逆变单元的第一端口；第一逆变桥的中点臂A作为逆变单元的第一输出端；第二逆变桥臂的中点B作为逆变单元的第二输出端；电容分压网络的中点O作为逆变单元的第三输出端；其中，逆变单元的第一输出端、第二输出端和第三输出端属于逆变单元的第二端口。优选的，第一逆变桥臂包括第一带反并联二极管的功率开关管31与第二带反并联二极管的功率开关管S2，第一带反并联二极管的功率开关管S1的源极与第二带反并联二极管的功率开关管S2的漏极相连，其连接端作为第一逆变桥臂的中点A ;第二逆变桥臂包括第三带反并联二极管的功率开关管&与第四带反并联二极管的功率开关管S4，第三带反并联二极管的功率开关管S3的源极与第四带反并联二极管的功率开关管S4的漏极相连，其连接端作为第二逆变桥臂的中点B。优选的，电容分压网络包括第一分压电容CjP第二分压电容C2，第二分压电容C2的第一端连接分压电容(^的第二端，其连接端作为电容分压网络的中点O ;第一分压电容C1的第一端连接第一带反并联二极管的功率开关管S i的漏极，并连接第三带反并联二极管的功率开关管S3的漏极，其连接端作为电容分压网络的正端；第二分压电容C2的第一端连接第二带反并联二极管的功率开关管S2的源极，并连接第四带反并联二极管的功率开关管的源极S4，其连接端作为电容分压网络的负端。优选的，隔离单元包括两个三绕组变压器，一个是第一变压器T1，另一个是第二变压器T2;第一变压器T i的原边绕组T Pnp的第一端连接第二变压器T 2原边绕组T 2_np的第二端，其连接端作为隔离单元的第三输入端；第一变压器!\原边绕组T i_np的第二端作为隔离单元的第一输入端，第二变压器1~2原边绕组T 2__的第一端作为隔离单元的第二输入端；隔离单元的第一、二、三输入端属于隔离单元的第一端口 ；其中，第一变压器T1的原边绕组的T i_np第二端、第一副边绕组T 的第二端与第二副边绕组IVns2的第二端为第一变压器τ 同名端；第二变压器τ 2的原边绕组τ 2_np的第二端、第一副边绕组T2_nsl的第二端与第二副边绕组T 212的第一端为第二变压器T 2的同名端;第一变压器1\的第一副边绕组T卜⑷的第一端与第二变压器T 2的第一副边绕组T2_nsl的第二端连接；第一变压器T 第一副边绕组T i_nsl的第二端作为隔离单元的第一输出端；第二变压器1~2的第一副边绕组T2_nsl的第一端作为隔离单元的第二输出端；隔离单元的第一、二输入端属于隔离单元的第二端口；第一变压器Tl的第二副边绕组IVns2的第一端与第二变压器T 2的第二副边绕组T2-ns2的第二端连接；第一变压器T 第二副边绕组T i_ns2的第二端作为隔离单元的第三输出端O3;第二变压器T 2的第二副边绕组T2_ns2的第一端作为隔离单元的第四输出端；隔离单元的第一、二输入端属于隔离单元的第三端口 ；两个三绕组变压器TjPT2为可再生能源、储能装置和负载这三端提供了电气隔离与电压匹配；上述的隔离单元连接方式，使得隔离单元第二端口电压与隔离单元第三端口电压之间呈互补关系，进而使得可再生能源、储能装置以及负载这三端之间无环流；且由于负载与储能装置电流在隔离单元原边绕组均有映射，上述连接方式使负载与储能装置在原边绕组的映射电流相互配合，拓宽了功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管&以及功率开关管S 4的软开关范围。优选的，第一输出单元包括整流电路与滤波器；整流电路的第一输入端作为第一输出单元的第一输入端，第二输入端作为第一输出单元的第二输入端；滤波器的第一端连接整流电路的第一输出端；滤波器的第二端连接整流电路的第二输出端，其连接端作为第一输出单元的输出负端；滤波器的第三端作为第一输出单元的输出正端；其中第一输入端和第二输入端属于第一输出单元的第一端口，第一输出单元的输出负端和输出正端属于第一输出单元的第二端口。优选的，上述第一输出单元里的滤波器，采用LC滤波器，由滤波电感Lfl和滤波电容Cfl串联而成；或者采用C滤波器，由滤波电容Cf3构成。优选的，在大功率的场合，第二输出单元采用全桥电路；全桥电路包括第五功率开关管、第六功率开关管、第七功率开关管、第八功率开关管和第二滤波电容Cf2;第五功率开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隔离型桥式三端口直流变换器，其特征在于，包括逆变单元(11)、隔离单元(4)、第一输出单元(12)和第二输出单元(13)；所述逆变单元(11)的第一端口作为隔离型桥式三端口直流变换器的输入端，用于连接可再生能源的输出端；所述隔离单元(4)的第一端口连接逆变单元(11)的第二端口；所述第一输出单元(12)的第一端口连接隔离单元(4)的第二端口，第一输出单元(12)的第二端口作为隔离型桥式三端口直流变换器的负载电压输出口，用于连接负载；所述第二输出单元(13)的第一端口连接隔离单元(4)的第三端口；所述第二输出单元(13)的第二端口作为隔离型桥式三端口直流变换器与储能装置之间的接口，用于连接储能装置；所述隔离单元(4)第二端口的电压与第三端口的电压之间呈互补关系，使得可再生能源、储能装置以及负载这三端之间无环流；所述第二输出单元(13)是一个双向单元，来自隔离单元(4)的电流可以经由第二输出单元(13)流入储能装置，而储能装置里的电流也可经第二输出单元(13)流入隔离单元，供给负载。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇，张鹏程，康勇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42