基于开关电容的高增益三端口DC-DC变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于开关电容的高增益三端口DC

【技术实现步骤摘要】
基于开关电容的高增益三端口DC
‑
DC变换器


[0001]本专利技术属于电力电子变换器领域，具体涉及一种基于开关电容的高增益三端口DC
‑
DC变换器。

技术介绍

[0002]随着社会的进步与发展，人类越来越重视能源稀缺、环境污染等问题。以太阳能、风能、氢能为代表的新能源得到前所未有的发展，但太阳能、风能等新能源具有间歇性，不能根据需求来控制，要有效利用太阳能、风能等新能源，需要辅助储能装置。对于带有辅助储能装置的混合供电系统，需要在不同输入源和输出之间建立各自的能量通路。传统的混合供电系统都是采用分立的功率变换单元来实现各个端口之间的能量传递，多个端口之间就需要多个功率变换单元，存在器件多、功率密度小等问题。而基于三端口DC
‑
DC变换器的混合供电系统仅使一个三端口DC
‑
DC变换器，元器件利用率高，系统体积小。因此，基于三端口DC
‑
DC变换器混合供电系统是研究的热点。
[0003]目前，三端口DC
‑
DC变换器按照拓扑结构主要划分为非隔离、部分隔离和隔离三大类。非隔离拓扑结构具有设计紧和高功率密度的优点，隔离拓扑结构具有灵活的电压等级，采用高频变压器和软开关技术可以带来更高的效率，但隔离型由于变压器的存在，体积仍较大，在不需要隔离的场合，非隔离型因结构简洁、功率密度高、变换效率高等优点而更适用。针对非隔离型电压增益受限的问题，可采用开关电感、开关电容、耦合电感和交错并联等技术。H Khoramikia在《ANew Three
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Port Non
‑
Isolated DC
‑
DC Converter for Renewable Energy Sources Application》一文中使用Sepic变换器和Buck
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boost变换器构成非隔离DC
‑
DC变换器，但变换器仅在光伏
‑
负载模式下有较高的增益，蓄电池
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负载增益受限。VR Teja在《Three Port High Gain Non
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isolated DC
‑
DC Converter for Photovoltaic Applications》一文中，采用耦合电感技术提高电压增益，通过调节匝比可实现较高的电压输出，但漏感的存在又会使得开关管上产生较大的电压应力以及带来开关损耗及EMI等问题。而开关电感和开关电容技术比较成熟，是应用比较广泛的方法，适合在非隔离型三端口DC
‑
DC变换器中使用，本专利技术采用开关电容的方法来提高电压增益。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于开关电容的高增益三端口DC
‑
DC变换器，通过控制四个开关管的导通与关断，改变电路中电感电容的连接方式、二极管的通断情况，从而达到提升电压增益和充放电的效果。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于开关电容的高增益三端口DC
‑
DC变换器，包括第一输入源V
in1
、第二输入源V
in2
、电感L、第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3、第四二极管VD4、第五二极管VD5、第六二极管VD6、第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、负载R；其中，第一输入源V
in1
的正极接第一二极管VD1的阳极，第一输入源V
in1
的负极接
第二输入源V
in2
的负极，第一二极管VD1的阴极接第三功率开关管S3的源极，第三功率开关管S3的漏极接第二输入源V
in2
的正极，电感L的一端接第一二极管VD1的阴极，电感L的另一端接第一功率开关管S1的漏极，第一功率开关管S1的源极接第二输入源V
in2
的负极，第二功率开关管S2的漏极接第一二极管VD1的阴极，第二功率开关管S2的源极接第二二极管VD2的阳极，第二二极管VD2的阴极接第四二极管VD4的阳极，第四电容C4的一端接第一功率开关管S1的漏极，第四电容C4的另一端接第四二极管VD4的阳极，第四二极管VD4的阳极接第三二极管VD3的阳极，第三二极管VD3的阴极接第四功率开关管S4的漏极，第四功率开关管S4的源极接第二输入源V
in2
的正极，第一电容C1的一端接第二二极管VD2的阴极，第一电容C1的另一端接第六二极管VD6的阳极，第六二极管VD6的阳极接第五二极管VD5的阴极，第五二极管VD5的阳极接第四二极管VD4的阴极，第二电容C2的一端接第六二极管VD6的阴极，第二电容C2的另一端接第五二极管VD5的阳极，第三电容C3的一端接第五二极管VD5的阳极，第二电容C2的另一端接第一功率开关管S1的源极，第二电容C2的另一端还接负载R的一端，负载R的另一端接第六二极管VD6的阴极；其特征在于：第二二极管VD2、第四二极管VD4、第五二极管VD5、第六二极管VD6、第二功率开关管S2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、负载R共同构成开关电容单元，通过控制第一功率开关管S1和第二功率开关管S2的开通与关断，可控制第四二极管VD4、第五二极管VD5、第六二极管VD6在不同时刻导通与截止，进而使得开关电容单元提供较高的电压增益。
[0006]在单输入单输出模式下，第一输入源V
in1
或第二输入源V
in2
提供的功率经过电感、开关电容单元1流向负载R，向负载R供电；在双输入单输出模式下，第一输入源V
in1
和第二输入源V
in2
提供的功率经过电感、开关电容单元流向负载R，向负载R供电；在单输入双输出模式下，第一输入源V
in1
提供的功率经过电感、开关电容单元流向负载R和第二输入源V
in2
，第一输入源V
in1
分别向负载R供电、向第二输入源V
in2
充电。
[0007]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：
[0008](1)本专利技术通过控制四个开关管的导通与关断，改变电路中电感电容的连接方式、二极管的通断情况，从而达到提升电压增益和充放电的效果。
[0009](2)本专利技术通过一个集成的三端口DC
‑
DC变换器实现了两个电源和一个负载的能量流动，减少了所用器件的数量，降低了成本。
[0010](3)变换器的功率开关管在一个周期内具有多种组合状态，控制灵活多变。
附图说明
[0011]图1为本专利技术基于开关电容的高增益三端口DC
‑
DC变换器电路图。
[0012]图2为本专利技术基于开关电容的高增益三端口DC
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于开关电容的高增益三端口DC
‑
DC变换器，包括第一输入源V
in1
、第二输入源V
in2
、电感L、第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3、第四二极管VD4、第五二极管VD5、第六二极管VD6、第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、负载R；其中，第一输入源V
in1
的正极接第一二极管VD1的阳极，第一输入源V
in1
的负极接第二输入源V
in2
的负极，第一二极管VD1的阴极接第三功率开关管S3的源极，第三功率开关管S3的漏极接第二输入源V
in2
的正极，电感L的一端接第一二极管VD1的阴极，电感L的另一端接第一功率开关管S1的漏极，第一功率开关管S1的源极接第二输入源V
in2
的负极，第二功率开关管S2的漏极接第一二极管VD1的阴极，第二功率开关管S2的源极接第二二极管VD2的阳极，第二二极管VD2的阴极接第四二极管VD4的阳极，第四电容C4的一端接第一功率开关管S1的漏极，第四电容C4的另一端接第四二极管VD4的阳极，第四二极管VD4的阳极接第三二极管VD3的阳极，第三二极管VD3的阴极接第四功率开关管S4的漏极，第四功率开关管S4的源极接第二输入源V
in2
的正极，第一电容C1的一端接第二二极管VD2的阴极，第一电容C1的另一端接第六二极管VD6的阳极，第六二极管VD6的阳极接第五二极管VD5的阴极，第五二极管VD5的阳极接第四二极管VD4的阴极，第二电容C2的一端接第六二极管VD6的阴极，第二电容C2的另一端接第五二极管VD5的阳极，第三电容C3的一端接第五二极管VD5的阳极，第二电容C2的另一端接第一功率开关管S1的源极，第二电容C2的另一端还接负载R的一端，负载R的另一端接第六二极管VD6的阴极；其特征在于：第二二极管VD2、第四二极管VD4、第五二极管VD5、第六二极管VD6、第二功率开关管S2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、负载R共同构成开关电容单元（1），通过控制第一功率开关管S1和第二功率开关管S2的开通与关断，可控制第四二极管VD4、第五二极管VD5、第六二极管VD6在不同时刻导通与截止，进而使得开关电容单元（1）提供较高的电压增益；在单输入单输出模式下，第一输入源V
in1
或第二输入源V
in2
提供的功率经过电感、开关电容单元（1）流向负载R，向负载R供电；在双输入单输出模式下，第一输入源V
in1
和第二输入源V
in2
提供的功率经过电感、开关电容单元（1）流向负载R，向负载R供电；在单输入双输出模式下，第一输入源V
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵曹辉，叶伟琴，戚志东，唐钧涛，陈豹，张扬，周礼锋，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：