一种ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器及其组成方法和输出电压控制方法技术

本发明专利技术公开了一种ISIPOSOP型模块化DC‑DC变换器及其组成方法和输出电压控制方法，包含M*N个基本DC‑DC模块，每个所述基本DC‑DC模块包括任意类型的DC‑DC变换器，其中：M个所述基本DC‑DC模块通过输入并联和输出并联的方式进行连接,构成1个DC‑DC变换器单元；所述DC‑DC变换器单元的数量为N个，N个所述DC‑DC变换器单元通过输入串联和输出串联的方式连接。本发明专利技术这种由多个基本DC‑DC模块组成的变换器有着能够同时承受输入输出两端高压大电流的优良性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及DC-DC变换器
，尤其涉及一种ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器及其组成方法和输出电压控制方法。
技术介绍
直流电网技术是实现大规模电能传输、互联交流电网稳定运行和可再生能源整合的有效措施，而直流电网中的关键设备是DC-DC变换器，它的特性关乎整个系统的性能。但是，由于单个开关器件的容量是有限的，传统的DC-DC变换器集中在中低压和小功率范围，不能适用于高压大容量场合。目前，为了提高DC-DC变换器的容量，ISOS(输入串联输出串联)、ISOP(输入串联输出并联)、IPOS(输入并联输出串联)、IPOP(输入并联输出并联)等结构的模块化DC-DC变换器已经被提出。IPOP型模块化DC-DC变换器适合于输入输出电流很大的情况，其将N个DC-DC模块在输入端并联和输出端并联，变换器系统的输入输出端电压和各个模块输入输出端电压是一样的，所以这个结构并没有减小每个模块的承受的电压；IPOS型模块化DC-DC变换器很适合高输出电压、大功率的情况，其将N个DC-DC模块在输入端并联和输出端串联，变换器系统的输入电压和输出电流和各个模块的输入电压和输出电流是一样的，所以这种结构并没有减小各模块输入端的电压和输出端的电流；ISOP型模块化DC-DC变换器适合于高输入电压、大功率的应用场合，但并没有减小各模块在输入端的电流和输出端的电压；ISOS型模块化DC-DC变换器特别契合输入电压和输出电压都很大的情况，但并没有减小各模块承受的电流。但它们共同的缺陷就是难以同时承受输入输出两端的高压大电流。因此，需要寻找其它方法来实现能够在输入输出两端都能承受高压大电流的DC-DC变换器，而且要求DC-DC变换器还能实现输出电压的快速稳定。
技术实现思路
为了克服上述技术问题，本专利技术提出来一种输入串并联-输出串并联(ISIPOSOP)型模块化DC-DC变换器，采用输入串并联和输出串并联(ISIPOSOP)的组合方式，是一种模块化的DC-DC变换器。它使得每个模块承受的电压和电流都极大减小，构成的整个DC-DC变换器能够承受输入和输出两端的高电压大电流，能够实现高压大电流DC-DC变换。为了达到上述专利技术目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：本专利技术公开了一种ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器，包含M*N个基本DC-DC模块，每个所述基本DC-DC模块包括任意类型的DC-DC变换器，其中：M个所述基本DC-DC模块通过输入并联和输出并联的方式进行连接,构成1个DC-DC变换器单元；所述DC-DC变换器单元的数量为N个，N个所述DC-DC变换器单元通过输入串联和输出串联的方式连接。优选的，所述DC-DC变换器为Buck变换器、Boost变换器、Cuk变换器、单端正激变换器、单端反激变换器、全桥DC-DC变换器和隔离型DC-DC变换器中任意一个。本专利技术另外公开了一种ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器的组成方法，主要包括以下步骤：S1:选取任意一种DC-DC变换器作为基本DC-DC模块；S2：选取其中M个基本DC-DC模块,将选好的M个基本DC-DC模块通过输入并联和输出并联的方式进行连接,构成一个更大容量的DC-DC变换器单元；S3：重复步骤S2，得到其它N-1个DC-DC变换器单元；S4:将得到的N个DC-DC变换器单元通过输入串联和输出串联的方式连接，构成ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器，使得整个变换器系统拥有M*N个基本DC-DC模块。优选的，所述DC-DC变换器为Buck变换器、Boost变换器、Cuk变换器、单端正激变换器、单端反激变换器、全桥DC-DC变换器和隔离型DC-DC变换器中任意一个。本专利技术还公开了一种ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器的输出电压控制方法，主要包括以下步骤：S10：选取任意一种DC-DC变换器作为基本DC-DC模块，根据所要达到的目标选择基本DC-DC模块的模块个数，即确定M和N的数值，同时给定组成各基本DC-DC模块的元件参数；S20：对每个基本DC-DC模块进行小信号建模并得到每个基本DC-DC模块的小信号模型；S30：再根据ISIPOSOP方式进行组合，得到ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器的小信号模型；S40：根据得到的ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器的小信号模型建立每个基本DC-DC模块的近似小信号模型，将整个ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器的负载平均分配到每个基本DC-DC模块，如果整个ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器的负载为RL，则近似小信号模型的负载为RL/N，从而得到用于这个ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器输出电压控制设计的近似小信号模型；S50：根据每个基本DC-DC模块的近似小信号模型得到每个基本DC-DC模块的输出电压扰动和占空比扰动的近似关系式，并根据这个近似关系式进一步推导出输出电压扰动与占空比扰动之间的关系式；S60：根据输出电压扰动与占空比扰动之间的关系式以及合适的相位裕度和穿越频率，给出控制器的具体表达式，控制器根据输出电压波动改变占空比，反过来改变输出电压，从而使输出电压快速稳定在设定值。进一步的，步骤S50中，每个所述基本DC-DC模块的输出电压扰动和占空比扰动的近似关系式: v ~ ′ o d ~ = nV i n 1 + s N L R L + s 2 L C - - - ( 1 ) ]]>其中，N为串联单元的个数，n为每个基本DC-DC模块中变压器的变压比的倒数，L、C为每个基本DC-DC模块的滤波电感和电容，Vin、分别是整个系统的输入额定电压和输出电压扰动。进一步的，根据每个所述基本DC-DC模块的输出电压扰动和占空比扰动的近似关系式，进一步推出ISIPOSOP变换器系统的输出电压与占空比扰动之间的关系式: v ~ o u t 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ISIPOSOP型模块化DC‑DC变换器，其特征在于，包含M*N个基本DC‑DC模块，每个所述基本DC‑DC模块包括任意类型的DC‑DC变换器，其中：M个所述基本DC‑DC模块通过输入并联和输出并联的方式进行连接,构成1个DC‑DC变换器单元；所述DC‑DC变换器单元的数量为N个，N个所述DC‑DC变换器单元通过输入串联和输出串联的方式连接。

【技术特征摘要】
1.一种ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器，其特征在于，包含M*N个基本DC-DC模块，每个所述基本DC-DC模块包括任意类型的DC-DC变换器，其中：M个所述基本DC-DC模块通过输入并联和输出并联的方式进行连接,构成1个DC-DC变换器单元；所述DC-DC变换器单元的数量为N个，N个所述DC-DC变换器单元通过输入串联和输出串联的方式连接。2.根据权利要求1所述的一种ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器，其特征在于，所述DC-DC变换器为Buck变换器、Boost变换器、Cuk变换器、单端正激变换器、单端反激变换器、全桥DC-DC变换器和隔离型DC-DC变换器中任意一个。3.一种ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器的组成方法，其特征在于，主要包括以下步骤：S1:选取任意一种DC-DC变换器作为基本DC-DC模块；S2：选取其中M个基本DC-DC模块,将选好的M个基本DC-DC模块通过输入并联和输出并联的方式进行连接,构成一个更大容量的DC-DC变换器单元；S3：重复步骤S2，得到其它N-1个DC-DC变换器单元；S4:将得到的N个DC-DC变换器单元通过输入串联和输出串联的方式连接，构成ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器，使得整个变换器系统拥有M*N个基本DC-DC模块。4.根据权利要求3所述的一种ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器的组成方法，其特征在于，所述DC-DC变换器为Buck变换器、Boost变换器、Cuk变换器、单端正激变换器、单端反激变换器、全桥DC-DC变换器和隔离型DC-DC变换器中任意一个。5.一种ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器的输出电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S10：选取任意一种DC-DC变换器作为基本DC-DC模块，根据所要达到的目标选择基本DC-DC模块的模块个数，即确定M和N的数值，同时给定组成各基本DC-DC模块的元件参数；S20：对每个基本DC-DC模块进行小信号建模并得到每个基本DC-DC模块的小信号模型；S30：再根据ISIPOSOP方式进行组合，得到ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器的小信号模型；S40：根据得到的ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器的小信号模型建立每个基本DC-DC模块的近似小信号模型，将整个ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器的负载平均分配到每个基本DC-DC模块，如果整个ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器的负载为RL，则近似小信号模型的负载为RL/N，从而得到用于这个ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器输出电压控制设计的近似小信号模型；S50：根据每个基本DC-DC模块的近似小信号模型得到每个基本DC-DC模块的输出电压扰动和占空比扰动的近似关系式，并根据这个近似关系式进一步推导出输出电压扰动与占空比扰动之间的关系式；S60：根据输出电压扰动与占空比扰动之间的关系式以及合适的相位裕度和穿越频率，给出控制器的具体表达式，控制器根据输出电压波动改变占空比，反过来改变输出电压，从而使输出电压快速稳定在设定值。6.根据权利要求5所述的一种ISIPOSOP型模块化DC-DC变换器的输出电压控制方法，其特征在于，步骤S50中，每个所述基本DC-DC模块的输出电压扰动和占空比扰动的近似关系式: v ~ ′ o d ~ = nV i n 1 + s N L R L + s 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昕，郑益慧，李立学，涂正宏，郞永波，郭远峰，金洋，王建龙，
申请(专利权)人：上海交通大学，国家电网公司，国网吉林省电力有限公司延边供电公司，
类型：发明
国别省市：上海;31