一种宽输入电压范围三端口供电变换器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种宽输入电压范围三端口供电变换器及其控制方法，变换器由六个MOS管、一个二极管、一个滤波电感和三个滤波电容构成，采用一个控制器实现输入源、蓄电池和负载之间的能量管理。本发明专利技术形成了一种宽输入电压范围的三端口供电变换器设计，实现了输入输出同极性，减少了开关器件的数量，降低了成本，适用于燃料电池、光伏电池等新能源供电系统。

A Three-port Power Supply Converter with Wide Input Voltage Range and Its Control Method

The invention discloses a three-port power supply converter with wide input voltage range and its control method. The converter is composed of six MOS transistors, one diode, one filter inductance and three filter capacitors. A controller is used to realize energy management between input source, storage battery and load. The invention forms a three-port power supply converter design with wide input voltage range, realizes input-output homopolarity, reduces the number of switching devices, reduces the cost, and is suitable for new energy supply systems such as fuel cells, photovoltaic cells and so on.

【技术实现步骤摘要】
一种宽输入电压范围三端口供电变换器及其控制方法
本专利技术属于电力电子变换器领域，具体涉及一种宽输入电压范围三端口供电变换器及其控制方法。
技术介绍
随着经济的不断发展，以石油为首的不可再生的化石能源消耗日益增加，给环境带来了严重的问题。为了解决能源危机和环境问题，水能、风能、太阳能和氢能等新能源发电技术逐渐成为世界各国研究的热点。新能源供电系统可以充分利用自然界来发电，有助于解决偏远地区、孤岛等地方的供电问题，还可以应用于电动汽车、航天卫星等领域。但是新能源发电设备的缺陷也给新能源的直接应用带来了一些问题。例如：太阳能发电易受到太阳光强度、天气等因数影响，电力供应波动较大、不稳定；燃料电池的输出响应较慢、不能及时跟踪负载功率变动，而且频繁的变动对燃料电池的寿命有较大影响。为了解决这些问题，一般都需要配备储能装置来达到输出平衡的效果，在新能源发电装置功率过高的时候，由储能装置吸收多余的功率，功率不足的时候，由储能装置补充剩余的功率，起到“削峰填谷”的作用。为了解决新能源供电电压变化较大的问题，需要新能源供电系统既可以工作在buck模式，也可以工作在boost模式，传统的buck、boost电路搭建的三端口供电系统，只能处于buck或boost模式，应用范围较窄。此外，由半桥或全桥电路及变压器组成的三端口供电系统，虽然可以实现输入和输出端口之间的隔离，以及较高的应用范围，然而使用的开关管数量较多，变换效率会受到影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种宽输入电压范围三端口供电变换器及其控制方法，既可以工作在buck模式，也可以工作在boost模式，并且减少了所用器件的数量。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种宽输入电压范围三端口供电变换器，包括第一电容、第二电容、第三电容、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、二极管和电感，其中所述第一电容、第三电容、第二电容分别并联在输入源、蓄电池和负载的两端，输入源、蓄电池和负载的负极和地相连，输入源的正极、电容的正极和第一MOS管的漏极相连，蓄电池的正极、第三电容的正极和第五MOS管的漏极相连，第一MOS管的源极、第五MOS管的源极、第二MOS管的漏极和电感的一端相连，第二MOS管的源极和地相连，电感的另一端和二极管的阳极相连，二极管的阴极和第三MOS管的漏极、第四MOS管的漏极、第六MOS管的漏极相连，第三MOS管的源极和地相连、第四MOS管的源极和负载的正极、电容的正极相连，第六MOS管的源极和蓄电池正极、电容的正极相连。一种宽输入电压范围三端口供电变换器的控制方法，第一MOS管、第二MOS管、第五MOS管在一个周期中不可同时导通，第三MOS管、第四MOS管、第六MOS管在一个周期中不可同时导通，工作在单输入单输出模式时，第五MOS管和第六MOS管保持关断，第一MOS管和第二MOS管互补导通，第三MOS管和第四MOS管互补导通，根据输入输出电压比来调节第一～第四MOS管的占空比；工作在双输入单输出模式时，第六MOS管保持关断，第一MOS管、第二MOS管、第五MOS管在一个周期中顺序导通，第三MOS管、第四MOS管互补导通，根据输入输出电压比来调节第一～第五MOS管的占空比；工作在单输入双输出模式时，第五MOS管保持关断，第一MOS管、第二MOS管互补导通，第三MOS管、第四MOS管、第六MOS管在一个周期中顺序导通，根据输入输出电压比来调节第一～第四MOS管和第六MOS管的占空比。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1)本专利技术通过一个集成的三端口变换器实现了对两个电源和一个负载的能量管理，减少了所用器件的数量，降低了成本；2)本专利技术变换器仅使用一个磁元件，结构简单、功率密度高可靠性高；3)本专利技术变换器可以对电源电压进行升压和降压转换，应用范围广；4)本专利技术变换器控制简单，既可以工作在buck模式，也可以工作在boost模式。附图说明图1是本专利技术供电变换器的电路结构图。图2是本专利技术供电变换器工作在不同模式时的电路图，其中图2a是工作于单输入单输出的电路结构图，图2b是工作于双输入单输出的电路结构图，图2c是工作于单输入双输出的电路结构图。图3是本专利技术三端口工作于单输入单输出的buck模式工作波形图，其中(a)为采用同沿触发方式的工作波形图，(b)为采用双沿触发方式的工作波形图。图4是本专利技术三端口工作于单输入单输出的boost模式工作波形图，其中(a)为采用同沿触发方式的工作波形图，(b)为采用双沿触发方式的工作波形图。图5是本专利技术三端口工作于双输入单输出的工作波形图，其中(a)为降压双沿触发方式的工作波形图(Vin＞Vb＞Vout)，(b)为升压双沿触发方式的工作波形图(Vin＜Vb＜Vout)。图6是本专利技术三端口工作于单输入双输出的工作波形图，其中(a)为降压双沿触发方式的工作波形图(Vin＞Vout＞Vb)，(b)为升压双沿触发方式的工作波形图(Vin＜Vout＜Vb)。以上附图中Vin为输入源；Vb为蓄电池；R为负载；Vout为负载电压；S1-S6为开关管；C1-C3为滤波电容；L为储能电感；D为二极管；具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术方案作进一步说明。如图1所示，宽输入电压范围三端口供电变换器，包括输入源Vin、蓄电池Vb、负载R、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一MOS管S1、第二MOS管S2、第三MOS管S3、第四MOS管S4、第五MOS管S5、第六MOS管S6、二极管D和电感L，其中所述第一电容C1、第三电容C3、第二电容C2分别并联在输入源Vin、蓄电池Vb和负载R的两端，输入源Vin、蓄电池Vb和负载R的负极和地相连，输入源Vin的正极、电容C1的正极和第一MOS管S1的漏极相连，蓄电池Vb的正极、第三电容C3的正极和第五MOS管S5的漏极相连，第一MOS管S1的源极、第五MOS管S5的源极、第二MOS管S2的漏极和电感L的一端相连，第二MOS管S2的源极和地相连，电感L的另一端和二极管D的阳极相连，二极管D的阴极和第三MOS管S3的漏极、第四MOS管S4的漏极、第六MOS管S6的漏极相连，第三MOS管S3的源极和地相连、第四MOS管S4的源极和负载R的正极、电容C2的正极相连，第六MOS管S6的源极和蓄电池Vb正极、电容C3的正极相连。上述宽输入电压范围三端口供电变换器的控制方法为：第一MOS管S1、第二MOS管S2、第五MOS管S5在一个周期中不可同时导通，第三MOS管S3、第四MOS管S4、第六MOS管S6在一个周期中不可同时导通，工作在单输入单输出模式时，第五MOS管S5和第六MOS管S6保持关断，第一MOS管S1和第二MOS管S2互补导通，第三MOS管S3和第四MOS管S4互补导通，根据输入输出电压比来调节第一～第四MOS管S1～S4的占空比，以实现功率变换单元的同极性升降压功能；工作在双输入单输出模式时，第六MOS管S6保持关断，第一MOS管S1、第二MOS管S2、第五MOS管S5在一个周期中顺序导通，第三MOS管S3、第四MOS管S4互补导通，根据输入输出电压比来调节第一～第五MOS管S1～S5的占空比，以实现功率变换单元的同极性升降压功能；工作在单输入双本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽输入电压范围三端口供电变换器，其特征在于，包括第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第三MOS管(S3)、第四MOS管(S4)、第五MOS管(S5)、第六MOS管(S6)、二极管(D)和电感(L)，其中所述第一电容(C1)、第三电容(C3)、第二电容(C2)分别并联在输入源(Vin)、蓄电池(Vb)和负载(R)的两端，输入源(Vin)、蓄电池(Vb)和负载(R)的负极和地相连，输入源(Vin)的正极、电容(C1)的正极和第一MOS管(S1)的漏极相连，蓄电池(Vb)的正极、第三电容(C3)的正极和第五MOS管(S5)的漏极相连，第一MOS管(S1)的源极、第五MOS管(S5)的源极、第二MOS管(S2)的漏极和电感(L)的一端相连，第二MOS管(S2)的源极和地相连，电感(L)的另一端和二极管(D)的阳极相连，二极管D的阴极和第三MOS管(S3)的漏极、第四MOS管(S4)的漏极、第六MOS管(S6)的漏极相连，第三MOS管(S3)的源极和地相连、第四MOS管(S4)的源极和负载(R)的正极、电容(C2)的正极相连，第六MOS管(S6)的源极和蓄电池(Vb)正极、电容(C3)的正极相连。...

【技术特征摘要】
1.一种宽输入电压范围三端口供电变换器，其特征在于，包括第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第三MOS管(S3)、第四MOS管(S4)、第五MOS管(S5)、第六MOS管(S6)、二极管(D)和电感(L)，其中所述第一电容(C1)、第三电容(C3)、第二电容(C2)分别并联在输入源(Vin)、蓄电池(Vb)和负载(R)的两端，输入源(Vin)、蓄电池(Vb)和负载(R)的负极和地相连，输入源(Vin)的正极、电容(C1)的正极和第一MOS管(S1)的漏极相连，蓄电池(Vb)的正极、第三电容(C3)的正极和第五MOS管(S5)的漏极相连，第一MOS管(S1)的源极、第五MOS管(S5)的源极、第二MOS管(S2)的漏极和电感(L)的一端相连，第二MOS管(S2)的源极和地相连，电感(L)的另一端和二极管(D)的阳极相连，二极管D的阴极和第三MOS管(S3)的漏极、第四MOS管(S4)的漏极、第六MOS管(S6)的漏极相连，第三MOS管(S3)的源极和地相连、第四MOS管(S4)的源极和负载(R)的正极、电容(C2)的正极相连，第六MOS管(S6)的源极和蓄电池(Vb)正极、电容(C3)的正极相连。2.一种宽输入电压范围三端口供电变换器的控制方法，其特征在于，第一MOS管(S1)、第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚志东，薛长森，徐民强，戈卫平，裴进，孙琦，刘翰东，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32