一种多端口变换器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及变换器技术领域，具体涉及一种多端口变换器及其控制方法，多端口变换器包括直流电源、辅助电池组、第一电感、变压器、开关管、第一二极管、第三二极管、第四二极管和输出模块；所述变压器包括初级绕组和次级绕组；所述输出模块包括第二电容和负载；所述开关管包括第一开关管、第三开关管和第四开关管。本发明专利技术提供的多端口变换器，以较少的开关器件数量，实现多种变比。实现多种变比。实现多种变比。

【技术实现步骤摘要】
一种多端口变换器及其控制方法


[0001]本专利技术属于变换器
，具体涉及一种多端口变换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]现有直流配电系统中，若需接入风力、光伏发电系统等新能源发电系统、储能单元时，为了将发电设备与直流配电系统中各类设备进行有效结合，通常需要通过多个直流变换器才能达到目的。使用多端口变换器可以可代替原有多个分立的直流变换器，有效减小发电系统的体积重量，提高系统的功率集成度，且成本较低。目前多端口变换器按照端口功率流动方向的不同可分为多输入单输出、单输入多输出、混合型及双向型；按照所含端口数目不同可分为三端口变换器、四端口变换器等。
[0003]现有多端口变换器多为阵列式配置，每个端口需要特定架构的开关管电路或是桥式控制电路，使得多端口变换器的开关器件数量多。常见的单向或双向的多端口变换器，多为阵列式配置，每个端口都需要全桥式或半桥式控制电路，使得每个端口都需要配置多个开关器件（全桥至少四个，半桥至少两个），端口越多，变换器的开关器件数量越多，导致变换器的能量消耗大、效率低。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有的多端口变换器存在开关器件多的问题，提供一种多端口变换器及其控制方法。
[0005]根据本专利技术的第一方面，提供一种多端口变换器，包括直流电源、辅助电池组、第一电感、变压器、开关管、第一二极管、第三二极管、第四二极管和输出模块；所述变压器包括初级绕组和次级绕组；所述输出模块包括第二电容和负载；所述开关管包括第一开关管、第三开关管和第四开关管；直流电源的正极与第三开关管的第一端、第三二极管的负极、初级绕组的第一端连接；第一二极管的负极与第三开关管的第二端连接，第四二极管的负极与第三二极管的正极连接；第一电感的第一端与第三开关管的第二端连接，第一电感的第二端与辅助电池组的正极连接；第一电容的第一端与初级绕组的第二端连接，第一电容的第二端与第三二极管的正极连接；第一开关管的第一端与初级绕组的第二端连接，第一开关管的第二端与次级绕组的第一端、第四开关管的第一端连接；第二电容的第一端与次级绕组的第二端连接，负载并接于第二电容的两端；直流电源的负极、第一二极管的负极、第四二极管的负极、辅助电池组的负极、第
四开关管的第二端和第二电容的第二端相互连接。
[0006]可选的，还包括第二二极管；所述开关管还包括第二开关管；第二开关管的第一端与辅助电池组的正极连接，第二开关管的第二端与第二二极管的正极连接，第二二极管的负极与第四开关管的第一端连接。
[0007]可选的，所述变压器还包括励磁电感和漏感；所述励磁电感并联于初级绕组的两端，所述漏感的第一端与初级绕组的第二端连接，所述漏感的第二端与第一开关管的第一端连接。
[0008]可选的，所述开关管为场效应管，开关管的第一端为场效应管的漏极；开关管的第二端为场效应管的源极；开关管的第三端为场效应管的栅极。
[0009]根据本专利技术的第二方面，提供一种多端口变换器的控制方法，包括如下步骤：生成第一控制信号Ⅰ、第三控制信号Ⅰ和第四控制信号Ⅰ；第一控制信号Ⅰ控制第一开关管的通断，第三控制信号Ⅰ控制第三开关管的通断，第四控制信号Ⅰ传输至第四开关管的栅极，并使多端口变换器在一个周期内依次具有如下五种工作模态：第一工作模态Ⅰ：第一开关管关断、第三开关管导通、第四开关管导通；直流电源给第一电感充电，第一电感的电流开始线性上升，励磁电感的能量传输至次级绕组，并给第二电容充电，流经励磁电感的电流开始下降；第二工作模态Ⅰ：第一开关管导通、第三开关管关断、第四开关管关断；第一电感通过第一二极管释放能量给辅助电池组，流经第一电感的电流开始线性下降，直流电源同时给励磁电感以及漏感进行充电，励磁电感的电流和漏感的电流分别线性上升，第一电容释放能量，直至第四二极管的电流减小到0；第三工作模态Ⅰ：第一开关管导通，第三开关管关断，第四开关管关断，第一电感通过第一二极管继续释放能量至辅助电池组，第一电感的电流线性下降，直流电源继续给励磁电感和漏感充电，励磁电感的电流和漏感的电流分别线性上升；第四工作模态Ⅰ：第一开关管关断，第三开关管关断，第四开关管导通，第一电感通过第一二极管继续释放能量至辅助电池组，第一电感的电流线性下降，存储在漏感的能量传输至第一电容上，直至存储在漏感的能量全部释放；存储在励磁电感的能量传输至次级绕组，并对第二电容充电，励磁电感的电流开始线性下降；第五工作模态Ⅰ：第一开关管关断，第三开关管关断，第四开关管导通，第一电感通过第一二极管继续释放能量给辅助电池组，第一电感的电流线性下降，存储在励磁电感的能量传输至次级绕组，并给第二电容充电，励磁电感的电流线性下降。
[0010]根据本专利技术的第三方面，提供一种多端口变换器的控制方法，包括如下步骤：生成第一控制信号Ⅱ、第二控制信号Ⅱ和第四控制信号Ⅱ；第一控制信号Ⅱ控制第一开关管的通断，第二控制信号Ⅱ控制第二开关管的通断，第四控制信号Ⅱ传输至第四开关管的栅极，并使多端口变换器在一个周期内依次具有如下五种工作模态：第一工作模态Ⅱ：第一开关管导通，第二开关管导通，第四开关管关断，直流电源给励磁电感及漏感充电，励磁电感的电流及漏感的电流线性上升，第一电容释放能量，直至第四二极管的电流减小至0；第二工作模态Ⅱ：第一开关管导通，第二开关管导通，第四开关管关断，直流电源继续给励磁电感和漏感充电，励磁电感的电流和漏感的电流线性上升；
第三工作模态Ⅱ：第一开关管关断，第二开关管导通，第四开关管关断，辅助电池组次级绕组将能量传输至初级绕组，并对励磁电感充电，励磁电感的电流继续线性上升，漏感的能量传输至第一电容上，直至漏感的能量全部释放；第四工作模态Ⅱ：第一开关管关断，第二开关管导通，第四开关管关断，辅助电池组通过次级绕组将能量继续传输至初级绕组，并给励磁电感充电，励磁电感的电流继续线性上升；第五工作模态Ⅱ：第一开关管关断，第二开关管关断，第四开关管导通，励磁电感的能量传输至次级绕组，并对第二电容充电，励磁电感的电流线性下降。
[0011]根据本专利技术的第四方面，提供一种多端口变换器的控制方法，包括如下步骤：生成第一控制信号Ⅲ和第四控制信号Ⅲ；第一控制信号Ⅲ控制第一开关管的通断，第四控制信号Ⅲ传输至第四开关管的栅极，并使多端口变换器在一个周期内依次具有如下四种工作模态：第一工作模态Ⅲ：第一开关管导通，第四开关管关断；直流电源同时对励磁电感和漏感充电，励磁电感的电流和漏感的电流分别线性上升，第一电容释放能量，直至第四二极管的电流减小到0；第二工作模态Ⅲ：第一开关管导通，第四开关管关断；直流电源同时对励磁电感和漏感充电，励磁电感的电流和漏感的电流分别线性上升；第三工作模态Ⅲ：第一开关管关断，第四开关管导通；漏感的能量传输至第一电容，励磁电感的能量传输至次级绕组，并对第二电容充电，直至漏感的电流下降为零；第四工作模态Ⅲ：第一开关管关断，第四开关管导通，漏感的能量全部释放，励磁电感的能量传输至次级绕组，并继续对第二电容充电。
[0012]根据本专利技术的第五方面，提供一种多端口变换器的控制方法，包括如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多端口变换器，其特征在于，包括直流电源（V
in
）、辅助电池组（V
b
）、第一电感（L1）、变压器、开关管、第一二极管（D1）、第三二极管（D3）、第四二极管（D4）和输出模块；所述变压器包括初级绕组（L
p
）和次级绕组（L
s
）；所述输出模块包括第二电容（C
o
）和负载（R）；所述开关管包括第一开关管（S1）、第三开关管（S3）和第四开关管（S4）；直流电源（V
in
）的正极与第三开关管（S3）的第一端、第三二极管（D3）的负极、初级绕组（L
p
）的第一端连接；第一二极管（D1）的负极与第三开关管（S3）的第二端连接，第四二极管（D4）的负极与第三二极管（D3）的正极连接；第一电感（L1）的第一端与第三开关管（S3）的第二端连接，第一电感（L1）的第二端与辅助电池组（V
b
）的正极连接；第一电容（C
s
）的第一端与初级绕组（L
p
）的第二端连接，第一电容（C
s
）的第二端与第三二极管（D3）的正极连接；第一开关管（S1）的第一端与初级绕组（L
p
）的第二端连接，第一开关管（S1）的第二端与次级绕组（L
s
）的第一端、第四开关管（S4）的第一端连接；第二电容（C
o
）的第一端与次级绕组（L
s
）的第二端连接，负载（R）并接于第二电容（C
o
）的两端；直流电源（V
in
）的负极、第一二极管（D1）的负极、第四二极管（D4）的负极、辅助电池组（V
b
）的负极、第四开关管（S4）的第二端和第二电容（C
o
）的第二端相互连接。2.根据权利要求1所述的一种多端口变换器，其特征在于，还包括第二二极管（D2）；所述开关管还包括第二开关管（S2）；第二开关管（S2）的第一端与辅助电池组（V
b
）的正极连接，第二开关管（S2）的第二端与第二二极管（D2）的正极连接，第二二极管（D2）的负极与第四开关管（S4）的第一端连接。3.根据权利要求2所述的一种多端口变换器，其特征在于，所述变压器还包括励磁电感（L
m
）和漏感（L
1k
）；所述励磁电感（L
m
）并联于初级绕组（L
p
）的两端，所述漏感（L
1k
）的第一端与初级绕组（L
p
）的第二端连接，所述漏感（L
1k
）的第二端与第一开关管（S1）的第一端连接。4.根据权利要求3所述的一种多端口变换器，其特征在于，所述开关管为场效应管，开关管的第一端为场效应管的漏极；开关管的第二端为场效应管的源极；开关管的第三端为场效应管的栅极。5.一种根据权利要求4所述的多端口变换器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：生成第一控制信号Ⅰ、第三控制信号Ⅰ和第四控制信号Ⅰ；第一控制信号Ⅰ控制第一开关管（S1）的通断，第三控制信号Ⅰ控制第三开关管（S3）的通断，第四控制信号Ⅰ传输至第四开关管（S4）的栅极，并使多端口变换器在一个周期内依次具有如下五种工作模态：第一工作模态Ⅰ：第一开关管（S1）关断、第三开关管（S3）导通、第四开关管（S4）导通；直流电源（V
in
）给第一电感（L1）充电，第一电感（L1）的电流开始线性上升，励磁电感（L
m
）的能量传输至次级绕组（L
s
），并给第二电容（C
o
）充电，流经励磁电感（L
m
）的电流开始下降；第二工作模态Ⅰ：第一开关管（S1）导通、第三开关管（S3）关断、第四开关管（S4）关断；第一电感（L1）通过第一二极管（D1）释放能量给辅助电池组（V
b
），流经第一电感（L1）的电流开始线性下降，直流电源（V
in
）同时给励磁电感（L
m
）以及漏感（L
1k
）进行充电，励磁电感（L
m
）的
电流和漏感（L
1k
）的电流分别线性上升，第一电容（C
s
）释放能量，直至第四二极管（D4）的电流减小到0；第三工作模态Ⅰ：第一开关管（S1）导通，第三开关管（S3）关断，第四开关管（S4）关断，第一电感（L1）通过第一二极管（D1）继续释放能量至辅助电池组（V
b
），第一电感（L1）的电流线性下降，直流电源（V
in
）继续给励磁电感（L
m
）和漏感（L
1k
）充电，励磁电感（L
m
）的电流和漏感（L
1k
）的电流分别线性上升；第四工作模态Ⅰ：第一开关管（S1）关断，第三开关管（S3）关断，第四开关管（S4）导通，第一电感（L1）通过第一二极管（D1）继续释放能量至辅助电池组（V
b
），第一电感（L1）的电流线性下降，存储在漏感（L
1k
）的能量传输至第一电容（C
s
）上，直至存储在漏感（L
1k
）的能量全部释放；存储在励磁电感（L
m
）的能量传输至次级绕组（L
s
），并对第二电容（C
o
）充电，励磁电感（L
m
）的电流开始线性下降；第五工作模态Ⅰ：第一开关管（S1）关断，第三开关管（S3）关断，第四开关管（S4）导通，第一电感（L1）通过第一二极管（D1）继续释放能量给辅助电池组（V
b
），第一电感（L1）的电流线性下降，存储在励磁电感（L
m
）的能量传输至次级绕组（L
s
），并给第二电容（C
o
）充电，励磁电感（L
m
...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐卫平，刘涛，乐子毅，
申请(专利权)人：深圳市恒运昌真空技术有限公司，
类型：发明
国别省市：