单输入多输出M开关组DC-DC变换器制造技术

本实用新型专利技术提供单输入多输出M开关组DC‑DC变换器。变换器包括直流输入电源、M‑1路直流负载、M个开关组和耦合电感。每个开关组均由N个功率开关单元串联而成。本实用新型专利技术电路具有M个端口，与一路直流电源、M‑1路直流负载的连接方式可分为三种，第一种方式实现降压，第二种方式实现升压，第三种方式实现升降压，并且在第三种方式中，通过改变直流电源连接的具体端口，可以实现多种不同电压等级的升降压。本实用新型专利技术采用载波移相PWM控制，对功率开关单元中开关管的导通、关断进行控制，实现负载电压的调节。本实用新型专利技术适合单输入多输出的高压大功率直流应用场合。

Single input multi output m-Switch group DC-DC converter

【技术实现步骤摘要】
单输入多输出M开关组DC-DC变换器
本技术涉及分布式发电系统和直流输电领域，具体涉及一种单输入多输出M开关组DC-DC变换器。
技术介绍
随着新能源发电技术的发展、直流负载的增多和高压直流输电的发展，DC-DC变换器在分布式发电系统、风电场能量汇集和直流输电领域的应用也迅速增长。在这些领域，如何同时连接多个直流电源、直流负载和实现高压大功率变换是两个重要的技术问题。针对多个直流电源、直流负载的连接，传统上使用多个DC-DC变换器将直流电源和直流负载连接到直流母线上，通过直流母线实现能量汇集和分配，使用多个变换器无疑增加了系统成本和复杂性。因此，研究多端DC-DC高压变换器势在必行。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种单输入多输出M开关组DC-DC变换器。本技术的目的采用如下技术方案之一实现。单输入多输出M开关组DC-DC变换器包括一个直流输入电源Udc、M-1路直流负载(R1、R2、…、RM-1)、M个开关组(A1、A2、…、AM)和耦合电感(Lp：Ls)串联而成；第j个开关组Aj由N个功率单元(SMAj1、SMAj2、…、SMAjN)串联组成，j的取值为1～M，N为正整数；第j开关组Aj的上端构成变换器第j端口Tj，j取值为1～M-1，第M-1开关组的下端构成端口TM，第M开关组的下端与接地点n相连。进一步的，单输入多输出M开关组DC-DC变换器的第一端口T1的电压U1、第二端口T2的电压U2、…、第M-1端口TM-1的电压UM-1、第M端口TM的电压UM满足U1>U2>…>UM-1>UM。进一步的，直流输入电源Udc、M-1路直流负载(R1、R2、…、RM-1)与M个端口(T1、T2、…、TM)有三种不同连接方式。第一种方式：第一端口T1连接直流输入电源Udc的正极，直流输入电源Udc的负极与地n连接，第二端口T2至第M端口TM依次分别与M-1路直流负载(R1、R2、…、RM-1)的一端连接，M-1路直流负载(R1、R2、…、RM-1)的另一端与地连接，实现降压功能；第二种方式：直流输入电源Udc的正极连接第M端口，直流输入电源Udc的负极与地n连接，第一端口至第M-1端口依次分别与M-1路直流负载(R1、R2、…、RM-1)的一端连接，M-1路直流负载(R1、R2、…、RM-1)的另一端与地连接，实现升压功能；第三种方式：直流输入电源Udc的正极连接第j端口(j取值为2～M-1)，直流输入电源Udc的负极与地n连接，其余M-1个端口依次分别与M-1路直流负载(R1、R2、…、RM-1)的一端连接，M-1路直流负载(R1、R2、…、RM-1)的另一端与地连接，同时实现升降压功能，而且通过改变直流电源正极连接的具体端口，可以实现多种不同电压等级的升降压。进一步的，桥臂中的耦合电感可由上桥臂电感和下桥臂电感两个数值相等的独立电感替代。进一步的，功率开关单元包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管和电容；其中，电容的正极与第二开关管的集电极、第二二极管的阴极连接，第二开关管的发射极与第二二极管的阳极、第一开关管的集电极、第一二极管的阴极连接，第一开关管的发射极与第一二极管的阳极、电容的负极连接；第一开关管的集电极作为第一输出端，第一开关管的发射极作为第二输出端。进一步的，每个开关组的第i个功率开关单元SMAji的第二输出端与第i+1个功率开关单元SMAj(i+1)的第一输出端连接，其中i取值为1～(N-1)，j取值为1～M。本技术上述变换器的控制方法是:采用载波移相PWM技术控制M个开关组(A1、A2、…、AM)中开关管的导通与关断；用于与调制波比较产生每个开关组第i个功率开关单元控制信号的三角载波uCi相同，其中，i取值为1～N；N个载波(uC1、uC2、…、uCN)依次滞后相角360°/N；M-1路调制波uRef1～uRefM-1采用直流波。上述控制方法中，第j路调制波uRefj与第i个载波uCi通过比较器COMPji进行比较，当第j调制波uRefj大于第i个载波uCi时，比较器COMPji输出高电平，当第j调制波uRefj小于第i个载波uCi时，比较器COMPji输出低电平，其中，j的取值为1～M-1。比较器COMP1i的输出作为第一开关组A1的第i个功率开关单元SMA1i的第一开关管S1门极的控制电平，比较器COMPji输出通过非门后与比较器COMPj-1i的输出一起通过异或门，得到第j的开关组Aj的第i个功率开关单元SMAji的第一开关管S1门极的控制电平，其中：j的取值为2～M-1，比较器COMPM-1i的输出通过非门得到第M个开关组AM的第i个功率开关单元SMAMi的第一开关管S1门极的控制电平。每个开关组的每个功率开关单元中第一开关管S1门极的控制电平反相后得到该功率开关单元的第二开关管S2门极的控制电平。与现有技术相比，本技术具有如下优点：单输入多输出M开关组DC-DC变换器具有MMC的优点，通过改变开关组中的模块个数N，可以实现任意输出电压，适合高压、大功率场合的应用；与现有的DC-DC变换电路拓扑相比，本技术提出的DC-DC变换器能在一个输入直流电源的情况下，实现M-1路直流输出，极大地降低了工程成本；通过选择变换器端口与直流电源、直流负载间不同的连接方式，单输入多输出M开关组DC-DC变换器能实现升压、降压、同时升降压的功能。附图说明图1是单输入多输出M开关组DC-DC变换器第二种连接方式下的电路结构图；图2是图1所示单输入多输出M开关组DC-DC变换器的功率单元电路结构图；图3是图1所示的单输入多输出M开关组DC-DC变换器的载波移相PWM控制方法的结构图；图4是单输入三输出四开关组DC-DC变换器所采用载波移相PWM控制方法的调制波和载波波形。图5是单输入三输出四开关组DC-DC变换器的仿真波形图。具体实施方式为进一步阐述本技术的内容和特点，以下结合附图对本技术的具体实施方案进行具体说明，但本技术的实施不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或符号，均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。参考图1，本实施例的单输入多输出M开关组DC-DC变器，包括直流输入电源Udc、M-1路直流负载(R1、R2、…、RM-1)、M个开关组(A1、A2、…、AM)和耦合电感(Lp：Ls)；每个开关组由N个功率单元串联组成，N为正整数，本实例中M为大于等于4的正整数。第一开关组A1的下端与耦合电感(Lp：Ls)原边Lp的同名端连接，耦合电感(Lp：Ls)原边Lp的非同名端与第二开关组A2的上端连接，第j开关组Aj的下端与第j+1开关组Aj+1的上端连接，j取值为2～M-2，第M-1开关组AM-1的下端与耦合电感(Lp：Ls)副边Ls的同名端相连，耦合电感(Lp：Ls)副边Ls的非同名端与第M开关组AM的上端连接，第M开关组AM的下端与地端n连接。第二种连接方式下第一端口T1至第M-1端口TM-1分别依次与M-1路直流负载(R1、R2、…、RM-1)的一端相连，M-1路直流负载(R1、R2、…、RM-1)的另一端与地相连，第M端口TM与直流输入电源Udc的正极连接，直流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.单输入多输出M开关组DC‑DC变换器，其特征在于：包括一个直流输入电源（

【技术特征摘要】
1.单输入多输出M开关组DC-DC变换器，其特征在于：包括一个直流输入电源（Udc）、M-1路直流负载（R1、R2、…、RM-1）、M个开关组（A1、A2、…、AM）和耦合电感（Lp：Ls）串联而成；第j个开关组（Aj）由N个功率单元（SMAj1、SMAj2、…、SMAjN）串联组成，j的取值为1~M，N为正整数；第j开关组（Aj）的上端构成变换器第j端口Tj，j取值为1~M-1，第M-1开关组的下端构成端口TM，第M开关组的下端与接地点n相连。2.根据权利要求1所述的单输入多输出M开关组DC-DC变换器，其特征在于：第一端口（T1）的电压为U1，第二端口（T2）的电压为U2，依次顺序，第M-1端口（TM-1）的电压为UM-1，第M端口（TM）的电压为UM，且满足U1>U2>…>UM-1>UM。3.根据权利要求1所述的单输入多输出M开关组DC-DC变换器，其特征在于：直流输入电源（Udc）、M-1路直流负载（R1、R2、…、RM-1）与M个端口（T1、T2、…、TM）有三种不同连接方式；第一种方式为：第一端口（T1）连接直流输入电源（Udc）的正极，直流输入电源（Udc）的负极与地（n）连接，第二端口（T2）至第M端口（TM）依次分别与M-1路直流负载（R1、R2、…、RM-1）的一端连接，M-1路直流负载（R1、R2、…、RM-1）的另一端与地连接，实现降压功能；第二种方式为：直流输入电源（Udc）的正极连接第M端口，直流输入电源（Udc）的负极与地（n）连接，第一端口（T1）至第M-1端口（TM-1）依次分别与M-1路直流负载（R1、R2、…、RM-1）的一端连接，M-1路直流负载（R1、R2、…、RM-1）的另一端与地连接，实现升压功能；第三种方式为：直流输入电源（Udc）的正极连接第j端口，j取值为2~M-1，直流输入电...

【专利技术属性】
技术研发人员：丘东元，张波，林满豪，傅闯，李立浧，饶宏，
申请(专利权)人：华南理工大学，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：新型
国别省市：广东,44