基于中心抽头变压器的四端口变换器及控制方法技术

本发明专利技术公开了基于中心抽头变压器的四端口变换器及控制方法。其中，中心抽头变压器包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组。第一输入源和第二输入源给原边绕组供电，或者第一输入源给第二输入源和原边绕组供电；变换器采用中心抽头变压器做输入与输出的隔离，能够同时输出对称且共地的双极性电压，且采用一个变换器即可实现两个功率源和多个负载同时接入系统，并能够通过相应的控制实现源和负载之间的能量管理。

【技术实现步骤摘要】
基于中心抽头变压器的四端口变换器及控制方法
本专利技术涉及电力电子
，特别是基于中心抽头变压器的四端口变换器及控制方法。
技术介绍
随着社会的进步和发展，人类对能源的需求越来越大。然而，传统的煤炭、石油等化石能源在地球的存储量有限，同时使用化石能源存在环境污染和温室气体排放。考虑到传统化石能源供应的有限性及对环境的影响，寻求可再生清洁能源来代替传统化石能源已经成为解决能源问题的主要途径，可再生能源发电系统的使用正在急剧增加。主要的可再生能源有太阳能、风能和燃料电池等，这些可再生能源在有效解决环境污染和能源危机方面的巨大潜力而受到越来越多的关注。然而，由于可再生能源的发电功率受气候和其他环境条件的影响具有波动性和间歇性特征，可再生能源通常与蓄电池、超级电容等储能系统相结合，为负载、微电网或并网逆变器提供稳定可靠的电能。为了实现新能源、储能元件与负载之间的有效结合，传统结构是将多个新能源、储能元件通过独立的DC/DC变换器接到直流母线上，以直流的形式输出向负载供电，这需要采用多个独立两端口DC/DC变换器组合构成功率管理与控制系统。这种系统结构的优势为变换器设计简单，理论研究和实际应用都十分成熟；缺点是变换器数目多、系统功率密度低且体积重量大、成本较高，并且存在多级功率变换，效率较低、系统整体可靠性不高。多端口变换器能很好的将多个独立变换器集成在一起，连接新能源、储能元件和负载。然而，现有的多端口变换器往往只包括一个负载端，仅能提供一个电压等级的直流母线，无法满足多个不同电压等级的负载同时接入系统的要求，并且还存在输入端口和输出端口之间没有隔离，电压增益有限，效率和可靠性较低等问题。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提出了基于中心抽头变压器的四端口变换器。该变换器能够同时输出对称且共地的双极性电压，采用中心抽头变压器做输入与输出的隔离，且采用一个变换器即可实现两个功率源和多个负载同时接入系统，并能够通过相应的控制实现源和负载之间的能量管理。实现本专利技术目的的第一技术方案为：基于中心抽头变压器的四端口变换器，所述中心抽头变压器包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组；还包括第一输入源Vin1和具有充电/放电功能的第二输入源Vin2；第一输入源Vin1和第二输入源Vin2给原边绕组供电，或者第一输入源Vin1给第二输入源Vin2和原边绕组供电；第一副边绕组的同名端连接到二极管D1的阳极和开关管S5的漏极，第一副边绕组的非同名端连接到第二副边绕组的同名端，第二副边绕组的非同名端连接到二极管D2的阳极和开关管S6的漏极；D1和D2的阴极连接到二极管D3的阳极，S5和S6的源极连接到二极管D4的阴极；D3的阴极连接到电容Co1的一端，D4的阳极连接到电容Co2的一端，Co1的另一端和Co2的另一端连接到第一副边绕组的非同名端；Co1的两端用于连接第一负载，Co2的两端用于连接第二负载。第二技术方案为：基于中心抽头变压器的四端口变换器，所述中心抽头变压器包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组；还包括第一输入源Vin1和具有充电/放电功能第二输入源Vin2；第一输入源Vin1和第二输入源Vin2给原边绕组供电，或者第一输入源Vin1给第二输入源Vin2和原边绕组供电；第一副边绕组的同名端连接到二极管D1的阳极和二极管D2的阴极，第一副边绕组的非同名端连接到第二副边绕组的同名端，第二副边绕组的非同名端连接到开关管S5的源极和开关管S6的漏极；D1的阴极和S5的漏极连接到二极管D3的阳极，D1的阳极和S6的源极连接到二极管D4的阴极；D3的阴极连接到电容Co1的一端，D4的阳极连接到电容Co2的一端，Co1的另一端和Co2的另一端连接到第一副边绕组的非同名端；Co1的两端用于连接第一负载，Co2的两端用于连接第二负载。第三技术方案为：基于中心抽头变压器的四端口变换器，所述中心抽头变压器包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组；还包括第一输入源Vin1和具有充电/放电功能的第二输入源Vin2；第一输入源Vin1和第二输入源Vin2给原边绕组供电，或者第一输入源Vin1给第二输入源Vin2和原边绕组供电；第一副边绕组的同名端连接到二极管D1的阳极和二极管D2的阴极，第一副边绕组的非同名端连接到第二副边绕组的同名端，第二副边绕组的非同名端连接到二极管D3的阳极和二极管D4的阴极；D1和D3的阴极连接到二极管D5的阳极，D2和D4的阳极连接到二极管D6的阴极；D5的阴极连接到开关管S5的漏极和电容Co1的一端，D6的阳极连接到开关管S6的源极和电容Co2的一端，S5的源极连接到D3的阳极，Co1的另一端和Co2的另一端连接到第一副边绕组的非同名端；Co1的两端用于连接第一负载，Co2的两端用于连接第二负载。第四技术方案为：基于中心抽头变压器的四端口变换器，所述中心抽头变压器包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组；还包括第一输入源Vin1和具有充电/放电功能的第二输入源Vin2；第一输入源Vin1和第二输入源Vin2给原边绕组供电，或者第一输入源Vin1给第二输入源Vin2和原边绕组供电；第一副边绕组的同名端连接到二极管D1的阳极和二极管D2的阴极，第一副边绕组的非同名端连接到第二副边绕组的同名端，第二副边绕组的非同名端连接到二极管D3的阳极和二极管D4的阴极；D1和D3的阴极连接到二极管D5的阳极，D2和D4的阳极连接到二极管D6的阴极；D5的阴极连接到电容Co1的一端，D6的阳极连接到电容Co2的一端，Co1的另一端和Co2的另一端连接到开关管S6的漏极，S6的漏极连接到第一副边绕组的非同名端，S6的源极连接到开关管S5的源极，S5的漏极连接到D1的阳极；Co1的两端用于连接第一负载，Co2的两端用于连接第二负载。上述四个技术方案中，实现第一输入源Vin1和第二输入源Vin2给原边绕组供电，或者第一输入源Vin1给第二输入源Vin2和原边绕组供电的原边电路，可以是：第一输入源Vin1的正极连接到电感L1的一端和电感L2的一端，L1的另一端连接到开关管S1的源极、开关管S2的漏极和原边绕组的同名端，L2的另一端连接到开关管S3的源极、开关管S4的漏极和原边绕组的非同名端；第二输入源Vin2的正极连接到S1的漏极和S3的漏极；第一输入源Vin1的负极和第二输入源Vin2的负极均连接到S2的源极和S4的源极；第一输入源Vin1还并联电容Cin1，第二输入源Vin1还并联电容Cin2。采用上述原边电路的基于中心抽头变压器的四端口变换器，其控制方法为：开关管S1与开关管S2互补导通；开关管S3与开关管S4互补导通；开关管S1和开关管S3导通占空比大小相等，开关管S2和开关管S4导通占空比大小相等；开关管S5和开关管S6互补导通，导通占空比为0.5；开关管S3的导通时刻滞后于开关管S1的导通时刻，滞后角度为180°；开关管S6的导通时刻滞后于开关管S1的导通时刻，滞后角度为第一负载和第二负载的输出功率由移相角调节，第一输入源Vin1的输出功率由开关管S1的占空比调节。与现有技术相比，本专利技术的有益效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于中心抽头变压器的四端口变换器，所述中心抽头变压器包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组；其特征在于，/n还包括第一输入源V

【技术特征摘要】
1.基于中心抽头变压器的四端口变换器，所述中心抽头变压器包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组；其特征在于，
还包括第一输入源Vin1和具有充电/放电功能的第二输入源Vin2；第一输入源Vin1和第二输入源Vin2给原边绕组供电，或者第一输入源Vin1给第二输入源Vin2和原边绕组供电；
第一副边绕组的同名端连接到二极管D1的阳极和开关管S5的漏极，第一副边绕组的非同名端连接到第二副边绕组的同名端，第二副边绕组的非同名端连接到二极管D2的阳极和开关管S6的漏极；D1和D2的阴极连接到二极管D3的阳极，S5和S6的源极连接到二极管D4的阴极；D3的阴极连接到电容Co1的一端，D4的阳极连接到电容Co2的一端，Co1的另一端和Co2的另一端连接到第一副边绕组的非同名端；Co1的两端用于连接第一负载，Co2的两端用于连接第二负载。


2.基于中心抽头变压器的四端口变换器，所述中心抽头变压器包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组；其特征在于，
还包括第一输入源Vin1和具有充电/放电功能第二输入源Vin2；第一输入源Vin1和第二输入源Vin2给原边绕组供电，或者第一输入源Vin1给第二输入源Vin2和原边绕组供电；
第一副边绕组的同名端连接到二极管D1的阳极和二极管D2的阴极，第一副边绕组的非同名端连接到第二副边绕组的同名端，第二副边绕组的非同名端连接到开关管S5的源极和开关管S6的漏极；D1的阴极和S5的漏极连接到二极管D3的阳极，D1的阳极和S6的源极连接到二极管D4的阴极；D3的阴极连接到电容Co1的一端，D4的阳极连接到电容Co2的一端，Co1的另一端和Co2的另一端连接到第一副边绕组的非同名端；Co1的两端用于连接第一负载，Co2的两端用于连接第二负载。


3.基于中心抽头变压器的四端口变换器，所述中心抽头变压器包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组；其特征在于，
还包括第一输入源Vin1和具有充电/放电功能的第二输入源Vin2；第一输入源Vin1和第二输入源Vin2给原边绕组供电，或者第一输入源Vin1给第二输入源Vin2和原边绕组供电；
第一副边绕组的同名端连接到二极管D1的阳极和二极管D2的阴极，第一副边绕组的非同名端连接到第二副边绕组的同名端，第二副边绕组的非同名端连接到二极管D3的阳极和二极管D4的阴极；D1和D3的阴极连接到二极管D5的阳极，D2和D4的阳极连接到二极管D6的阴极；D5的阴极连接到开关管S5...

【专利技术属性】
技术研发人员：周国华，徐能谋，田庆新，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51