一种三端口高可靠性的sepicDC-DC变换器制造技术

一种三端口高可靠性的sepic DC

【技术实现步骤摘要】
一种三端口高可靠性的sepic DC
‑
DC变换器


[0001]本专利技术涉及一种DC
‑
DC变换器，具体涉及一种三端口高可靠性的sepicDC
‑
DC变换器。

技术介绍

[0002]随着能源危机、温室效应以及大气污染等全球问题的日益严重，光伏发电、燃料电池发电等新能源发电技术得到了广泛的关注和快速发展，含储能单元的新能源发电系统能够平滑新能源微电源的发电出力，提高系统供电稳定性。
[0003]传统的混合型多端口变换器方案中新能源微电源和储能单元一般通过各自的DC/DC变换器与直流母线并联，虽然这种结构能够解决储能单元平衡微电源发电出力以及提高系统的供电稳定性问题，但是由于采用各自DC/DC变换器与直流母线并联式结构,使储能系统每次充放电电时都要进行两次电能转换，造成电能浪费及电能利用率低等问题；且并联式结构还会增加系统设计成本以及控制器设计的复杂度。另外，目前的多端口变换器大多都是基于传统的Boost变换器变结构得来，很少能实现较高增益，利用耦合电感实现的高增益由于存在漏感使得开关管的电压和电流应力都较大。
[0004]因此，改进现有并联式结构对于减少储能系统能量转换次数、提高系统能量利.用率、降低系统设计成本、优化控制器设计及实现高增益和开关管的低应力具有重要意义。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的不足，为解决储能单元并联式结构造成的能量转换次数多，能量利用率低及提高输入输出电压增益等问题。本专利技术提出了一种三端口高可靠性的sepicDC
‑
DC变换器，实现了多端口DC/DC变换器和高增益DC/DC变换器的集成，可使新能源微电源发电冗余通过蓄电池储能单元直接存储起来，在光伏电池发电功率不足时蓄电池可以将存储的电能释放出来供负载实用。该变换器相比于现有方案可显著减少微电源、蓄电池以及负载之间的电能转换次数，提高电能转换效率，且同时也可实现2N路升压拓展。
[0006]本专利技术采取的技术方案为：
[0007]一种三端口高可靠性的sepicDC
‑
DC变换器，该变换器包括：
[0008]输入单元，第一升压单元、第二升压单元，负载单元；
[0009]所述输入单元包括电感L1、L2、L3、L4、L5，电容C1、C2、C3、C4、C5，功率开关S1、S2、S3，二极管D1、D2、D3、D4；PV模块正极连接二极管D1阳极，二极管D1阴极连接电感L1一端，电感L1另一端分别连接功率开关S1漏极、电容C5一端、电容C3一端，电容C3另一端分别连接电感L3一端、二极管D3阳极，二极管D3阴极连接电容C1一端，电容C1另一端、电感L3另一端、电感L5另一端、以及功率开关S1源极均连接PV模块负极；
[0010]电容C5另一端分别连接电感L5一端、功率开关S2漏极，功率开关S2源极连接二极管D2阳极；
[0011]二极管D2阴极分别连接储能模块正极、电感L2一端，电感L2另一端分别连接功率开
关S3漏极、电容C4一端，功率开关S3源极连接储能模块负极，电容C4另一端分别连接电感L4一端、二极管D4阳极，二极管D4阴极分别连接电容C1另一端、电容C2一端，电感L4另一端连接电容C2另一端；
[0012]所述第一升压单元包括电感L6、电容C6、电容C9、二极管D6；其中：
[0013]电容C6一端连接输入单元中的电感L3一端，电容C6另一端分别连接电感L6一端、二极管D6阳极，二极管D6阴极连接电容C9一端，电感L6另一端连接输入单元中的电容C1一端，电容C9另一端连接输入单元中的电容C1另一端；
[0014]所述第二升压单元包括电感L7、电容C7、电容C8、二极管D7；其中：
[0015]电容C7一端连接输入单元中的电容C4另一端，电容C7另一端分别连接电感L7一端、二极管D7阳极，二极管D7阴极分别连接电容C8一端以及输入单元中的电容C2另一端，
[0016]电容C8另一端连接电感L7另一端；
[0017]负载单元一端连接第一升压单元B中的电容C9一端，负载单元另一端连接第二升压单元中的电容C8另一端。
[0018]输入单元中，S1为光伏输入的放电支路开关，S3为蓄电池的放电支路开关。当光伏电池发电有冗余时，PV模块通过二极管D1、电感L1、电容C5、开关S2和二极管D2给储能模块充电，此时开关管S1和S2导通，S3关断；当PV模块发电不足或者负载功率较大时，储能模块给电容C2和C8充电，同时为负载供电，此时开关管S1、S3导通，S2关断。
[0019]该变换器工作于三种不同的状态，分别为：
[0020](1)单输入双输出状态：当PV模块发电有冗余时，PV模块同时给负载和储能模块供电。在SIDO模式下，开关S3总是关闭。开关S1、S2采用交错控制方式，功率开关管S2控制储能模块的充电电压，功率开关管S2只在S1关断时导通，且S1、S2的占空比之和小于1。储能模块作为输出吸收PV模块多余的能量，相当于一个升压转换器从PV模块端口到储能模块端口，所以储能模块的电压V
b
＞PV模块的电压V
pv
。
[0021](2)双输入单输出状态：当负载功率要求大于PV模块发电量时，PV模块和储能模块同时给负载供电。在DISO模式下，PV模块和储能模块作为直流负载的输入电源，开关S2和二极管D2总是关闭的。功率开关管S1、S3分别控制PV模块和储能模块的充电电压，且S1、S2的占空比之均小于1。而且V
b
＞V
pv
必须满足，以确保当开关S2是闭合时二极管D1是反向截止。
[0022](3)单输入单输出状态：当PV模块不能发电时，储能模块单独给负载供电，在SISO模式下，开关S1和S2保持关断，开关S3控制输出电压；当储能模块不能发电时，PV模块单独给负载供电，在SISO模式下，开关S2和S3保持关断，开关S1控制输出电压。
[0023]本专利技术一种三端口高可靠性的sepicDC
‑
DC变换器，具有如下有益效果：
[0024]1)本专利技术通过改进传统的Sepic变换器的结构，实现了储能模块的接入，仅包括三个开关，实现光伏发电、电池充放电和高增益输出。能同时实现SIDO、DISO、SIS0多种工作状态的切换，各个端口之间实现一次电能转换，减少能量转换次数，提高能量利用率。
[0025]2)本专利技术提出的新型高增益多端口DC/DC变换器，由于端口电压限制较宽松，可以灵活地设定负载电压水平，大大扩展了其应用范围。此外，由于电源和负载之间的单级功率转换，大大提高了转换器的效率。通过二极管电容升压单元同时实现输入输出电压高增益，降低了主功率开关管电压电流应力。
附图说明
[0026]图1是本专利技术一种三端口高可靠性的sepicDC
‑
DC变换器原理图。
[0027]图2是本专利技术一种三端口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三端口高可靠性的sepicDC
‑
DC变换器，其特征在于该变换器包括：输入单元(A)，第一升压单元(B)、第二升压单元(C)，负载单元(D)；所述输入单元(A)包括电感L1、L2、L3、L4、L5，电容C1、C2、C3、C4、C5，功率开关S1、S2、S3，二极管D1、D2、D3、D4；PV模块正极连接二极管D1阳极，二极管D1阴极连接电感L1一端，电感L1另一端分别连接功率开关S1漏极、电容C5一端、电容C3一端，电容C3另一端分别连接电感L3一端、二极管D3阳极，二极管D3阴极连接电容C1一端，电容C1另一端、电感L3另一端、电感L5另一端、以及功率开关S1源极均连接PV模块负极；电容C5另一端分别连接电感L5一端、功率开关S2漏极，功率开关S2源极连接二极管D2阳极；二极管D2阴极分别连接储能模块正极、电感L2一端，电感L2另一端分别连接功率开关S3漏极、电容C4一端，功率开关S3源极连接储能模块负极，电容C4另一端分别连接电感L4一端、二极管D4阳极，二极管D4阴极分别连接电容C1另一端、电容C2一端，电感L4另一端连接电容C2另一端；所述第一升压单元(B)包括电感L6、电容C6、电容C9、二极管D6；其中：电容C6一端连接输入单元(A)中的电感L3一端，电容C6另一端分别连接电感L6一端、二极管D6阳极，二极管D6阴极连接电容C9一端，电感L6另一端连接输入单元(A)中的电容C1一端，电容C9另一端连接输入单元(A)中的电容C1另一端；所述第二升压单元(C)包括电感L7、电容C7、电容C8、二极管D7；其中：电容C7一端连接输入单元(A)中的电容C4另一端，电容C7另一端分别连接电感L7一端、二极管D7阳极，二极管D7阴极分别连接电容C8一端以及输入单元(A)中的电容C2另一端，电容C8另一端连接电感L7另一端。2.根据权利要求1所述一种三端口高可靠性的sepicDC
‑
DC变换器，其特征在于：输入单元(A)中，S1为光伏输入的放电支路开关，S3为蓄电池的放电支路开关；当光伏电池发电有冗余时，PV模块通过二极管D1、电感L1、电容C5、开关S2和二极管D2给储能模块充电，此时开关管S1和S2导通，S3关断；当PV模块发电不足或者负载功率较大时，储能模块给电容C2和C8充电，同时为负载供电，此时开关管S1、S3导通，S2关断。3.根据权利要求1所述一种三端口高可靠性的sepicDC
‑
DC变换器，其特征在于：该变换器工作于三种不同的状态，分别为：(1)单输入双输出状态：当PV模块发电有冗余时，PV模块同时给负载和储能模块供电；在SIDO模式下，开关S3总是关闭；开关S1、S2采用交错控制方式，功率开关管S2控制储能模块的充电电压，功率开关管S2只在S1关断时导通，且S1、S2的占空比之和小于1；储能模块作为输出吸收PV模块多余的能量，相当于一个升压转换器从PV模块端口到储能模块端口，所以储能模块的电压V
b
＞PV模块的电压V
pv
；(2)双输入单输出状态：当负载功率要求大于PV模块发电量时，PV模块和储能模块同时给负载供电；在DISO模式下，PV模块和储能模块作为直流负载的输入电源，开关S2和二极管D2总是关闭的；功率开关管S1、S3分别控制PV模块和储能模块的充电电压，且S1、S2的占空比之均小于1；而且V
b
＞V
pv
必须满足，以确保当开关S2是闭合时二极管D1是反向截止；(3)单输入单输出状态：当PV模块不能发电时，储能模块单独给负载供电，在SISO模式
下，开关S1和S2保持关断，开关S3控制输出电压；当储能模块不能发电时，PV模块单独给负载供电，在SISO模式下，开关S2和S3保持关断，开关S1控制输出电压。4.一种三端口高可靠性的sepicDC
‑
DC变换器，其特征在于：输入单元(A)，第一升压单元(B)、第二升压单元(C)，负载单元(D)；所述输入单元(A)包括电感L1、L2、L3、L4、L5，电容C1、C2、C3、C4、C5，功率开关S1、S2、S3，二极管D1、D2、D3、D4；PV模块正极连接二极管D1阳极，二极管D1阴极连接电感L1一端，电感L1另一端分别连接功率开关S1漏极、电容C5一端、电容C3一端，电容C3另一端分别连接电感L3一端、二极管D3阳极，二极管D3阴极连接电容C1一端，电容C1另一端、电感L3另一端、电感L5另一端、以及功率开关S1源极均连接PV模块负极；电容C5另一端分别连接电感L5一端、功率开关S2漏极，功率开关S2源极连接二极管D2阳极；二极管D2阴极分别连接储能模块正极、电感L2一端，电感L2另一端分别连接功率开关S3漏极、电容C4一端，功率开关S3源极连接储能模块负极，电容C4另一端分别连接电感L4一端、二极管D4阳极，二极管D4阴极分别连接电容C1另一端、电容C2一端，电感L4另一端连接电容C2另一端；第一升压单元(B)包括N个升压模块：第1个升压模块包括一个电感L
61
、一个电容C
61
、一个电容C
91
、一个二极管D
61
；第2个升压模块包括一个电感L
62
、一个电容C
62
、一个电容C
92
、一个二极管D
62
；第3个升压模块包括一个电感L
63
、一个电容C
63
、一个电容C
93
、一个二极管D
63
；......依次类推；第N个升...

【专利技术属性】
技术研发人员：邾玢鑫，戴俊平，张耀，杨楠，马辉，支树播，王凯宏，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：