一种非隔离三端口变换器及其控制方法、控制电路技术

本发明专利技术涉及一种非隔离三端口变换器及其控制方法、控制电路，属于电力电子技术领域，输入端包括可模拟光伏电池的直流功率源V

【技术实现步骤摘要】
一种非隔离三端口变换器及其控制方法、控制电路


[0001]本专利技术属于利用电力电子
，具体涉及一种非隔离三端口变换器及其控制方法、控制电路。

技术介绍

[0002]随着近年来污染的加重、资源的枯竭以及国家的大力提倡，如何利用太阳能、风能以及潮汐能等新能源创造稳定可靠的电能成为了研究的热点。新能源因为具有污染小、成本低等优点，目前被广泛运用于新能源汽车、太阳能热水器和LED灯等领域。然而新能源受到了很多如天气、地理位置等客观因素的影响，因此供电缺乏可靠性和不间断性，因此必须配备相应的储能单元，在输入源能量充足时，对储能单元和负载提供功率，而在能量不充足时由储能单元和输入源来共同为负载进行供电，继而保证新能源供电系统中功率的平衡，达到系统的可靠性。
[0003]但是传统的新能源供电系统由多个独立的单向直流转换器组成，来进行输入端、储能单元和负载端的连接，这往往会导致供电系统体积过大、成本高、系统复杂性以及可靠性比较差。为了简化新能源供电系统，减小系统所需成本，提高系统可靠性，三端口变换器被提出并广泛引起了内外学者的研究兴趣，并提出了各种三端口拓扑及控制方法。三端口变换器具有稳定、体积小、成本低以及功率走向可控的优点，是连接新能源输入源、储能单元和负载的理想选择。三端口变换器分为隔离型和非隔离型两大拓扑结构，其中隔离型三端口变换器在端口间存在电气隔离，更多用于车辆电源管理，替代了辅助电源软开关。但是隔离型往往体积很大、器件损耗高，效率受限。而相对于隔离型三端口变换器，非隔离型三端口变换器因无需使用变压器，因此具有体积小、功率密度高、损耗小和效率高的优点。但是目前的许多非隔离三端口对于输入端和蓄电池之间的电压关系有一定的限制，即输入端电压范围不灵活，例如：刘俊峰,胡仁俊,曾君 具备高增益的非隔离三端口变换器中所提到的三端口变换器只能用于光伏电池电压V
pv
大于蓄电池电压V
b
的情况；王辉,陈耀,张文博 一种三端口高增益DC/DC变换器.电力科学与工程,2018,34(08):50
‑
55.中所提出的三端口变换器只能用于光伏电池电压V
pv
小于蓄电池电压V
b
的情况，光伏电池电压和蓄电池电压之间的关系单一，使用范围受限，运用中并不灵活。
[0004]因此，现阶段需设计一种非隔离三端口变换器及其控制方法、控制电路，来解决以上问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种非隔离三端口变换器及其控制方法、控制电路，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，扩大光伏电池电压范围，并相应研究其控制方法。该变换器采用一个H桥四管buck
‑
boost升降压电路和一个DC
‑
DC升压电路组合，能够实现光伏电池和蓄电池之间的升降压同时双向变换，并可以检测模拟光照情况，自动调节工作模式，实现输入端、储能单元和负载之间的能量流动。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种非隔离三端口变换器，包括直流功率源V
pv
和可充放电的储能单元V
b
；V
pv
的正极连接到开关管S1的源极和电容C1的正极，开关管S1的漏极和开关管S2的源极和电感L1的输入端相连接，L1的输出端连接到开关管S3的漏极和开关管S4的源极，开关管S3的源极分别连接到电容C2正极和储能单元V
b
的正极；可充放电的储能单元V
b
的正极与电感L2的输入端相连接，L2的输出端连接到开关管S5的源极和开关管S6的漏极，开关管S6的源极连接到电容C3正极和负载的正输出端，负载的负输出端分别与开关管S2、S4、S5的源极和电容C1、C2、C3的负端连接到一起。
[0007]一种非隔离三端口变换器控制方法，用于控制如上述的一种非隔离三端口变换器，其中，在每个周期的开始，通过电压检测电路VS检测直流功率源V
pv
和可充放电的储能单元V
b
的电压，将检测到的模拟量V
pv
和V
b
输入到第一运算器ALU1中进行运算，得到的运算结果V1经过误差放大器EA产生电压控制信号V
c
，V
c
与通过电流检测电路IS检测到的电池充放电电流I1经过第一比较器CMP1生成信号R1；而R1经过第一校准器CU1校准后的输出作为调制波，与作为载波的三角波进入第二比较器CMP2产生用于控制开断开关管S3和S4的驱动信号；与此同时，检测输出电压V
o
的大小并与预设输出电压基准值V
h
作为输入，进入到第三比较器CMP3中进行比较，将结果V2输入到第二校准器CU2，经由第二校准器校准后的输出作为调制波与作为载波的三角波进入第四比较器CMP4产生用于控制开断开关管S5和S6的驱动信号。
[0008]进一步的，用固定占空比脉冲信号C与作为载波的三角波进入第五比较器CMP5产生用于控制开断开关管S1和S2的驱动信号，控制其开断。
[0009]一种非隔离三端口变换器控制电路，包括电压检测电路VS、电流检测电路IS、误差放大器EA、非逻辑门NOT、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、第三比较器CMP3、第四比较器CMP4、第五比较器CMP5与第一校准器CU1、第二校准器CU2、第一运算器ALU1、驱动电路DR以及作为载波的三角波；其中，电压检测电路VS的输出端与第一运算器ALU1的输入端、第三比较器CMP3的输入端相连；第一运算器ALU1的输出端与误差放大器EA的输入端相连；第一比较器CMP1的输入端分别与电流检测电路IS的输出端、误差放大器EA的输出端相连；第三比较器CMP3的输入端还连接预设基准电压V
h
；第一比较器CMP1与第一校准器CU1依次相连；第三比较器CMP3与第二校准器CU2依次相连；第一校准器CU1的输出端连接到第二比较器CMP2的输入端，第二校准器CU2的输出端连接到第四比较器CMP4的输入端；作为载波的三角波分别连接到第二比较器CMP2的输入端、第四比较器CMP4的输入端和第五比较器CMP5的输入端；第五比较器CMP5的输入端还连接固定占空比的脉冲信号C；驱动电路DR的输入端分别连接第二比较器CMP2的输出端、第四比较器CMP4的输出端和第五比较器CMP5的输出端；最后驱动电路DR的输出端一方面直接连接到主回路TD，另一方面经过非逻辑门NOT连接到主回路TD。
[0010]与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：本方案其中一个有益效果在于，1.本拓扑以一个H桥升降压电路和一个BOOST电路为基础进行变换后得到，与现有一些变换器相比，电路拓扑简单，工作方式清晰易懂、便于分析。本拓扑开关管之间的关系明确，只需三对互补的驱动信号便可完成对电路工作模式
的控制，可适应多种控制策略，便于控制。2.可实现光伏电池电压和蓄电池电压之间的升降压变换，扩大了输入电压范围，具有灵活性，克服了现有一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非隔离三端口变换器，其特征在于，包括直流功率源V
pv
和可充放电的储能单元V
b
；V
pv
的正极连接到开关管S1的源极和电容C1的正极，开关管S1的漏极和开关管S2的源极和电感L1的输入端相连接，L1的输出端连接到开关管S3的漏极和开关管S4的源极，开关管S3的源极分别连接到电容C2正极和储能单元V
b
的正极；可充放电的储能单元V
b
的正极与电感L2的输入端相连接，L2的输出端连接到开关管S5的源极和开关管S6的漏极，开关管S6的源极连接到电容C3正极和负载的正输出端，负载的负输出端分别与开关管S2、S4、S5的源极和电容C1、C2、C3的负端连接到一起。2.一种非隔离三端口变换器控制方法，其特征在于，用于控制如权利要求1所述的一种非隔离三端口变换器，其中，在每个周期的开始，通过电压检测电路VS检测直流功率源V
pv
和可充放电的储能单元V
b
的电压，将检测到的模拟量V
in
和V
b
输入到第一运算器ALU1中进行运算，得到的运算结果V1经过误差放大器EA产生电压控制信号V
c
，V
c
与通过电流检测电路IS检测到的电池充放电电流I1经过第一比较器CMP1生成信号R1；而R1经过第一校准器CU1校准后的输出作为调制波，与作为载波的三角波进入第二比较器CMP2产生用于控制开断开关管S3和S4的驱动信号；与此同时，检测输出电压V
o
的大小并与预设输出电压基准值V
h
作为输入，进入到第三比较器CMP3中进行比...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦浩宇，周述晗，冯攀，罗欢，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：