本发明专利技术公开了一种双向双输入BUCK直流变换器及其功率分配方法，一种双向双输入BUCK直流变换器：它包括两个BUCK脉冲电压源和LC滤波器，其特征在于：每个脉冲电压源是由电源和半桥开关组组成，是在BUCK电路中用功率开关管代替续流二极管构成脉冲电压源，两个脉冲电压源相串联后，再经过LC滤波器给负载供电，电源正极接到半桥开关组的高端，电源负极接到半桥开关组的低端，并分别从半桥开关组中间和低端引出两个端子与其他电路连接，滤波器由电感L和电容C组成，连接方式为两个脉冲电压源串联，再经LC滤波器输出。本发明专利技术具有：重量轻、体积小、成本低、损耗小、电路的效率高、输出电压波形中的纹波小、不需要隔离变压器等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种双半桥开关组串联LC滤波器的拓扑结构，尤其是一种双向双输入BUCK直流变换器及其功率分配方法。
技术介绍
随着环境保护问题的日益突出，人们越来越重视可再生能源的开发利用。可再生能源具有廉价、可靠、清洁无污染、能源丰富等特点，因此可再生能源发电展现了良好的市场前景。目前，应用较多的可再生能源发电形式有光伏发电，燃料电池供电、风力发电、水利发电、地热发电等等，但均存在电力供应不稳定、不连续、随气候条件变化等特点，因此需要采用多种能源联合供电的分布式供电系统。在传统的新能源联合供电系统中，每种能源形式通常需要一个DC/DC变换 器，将各种能源变成直流输出，并联在公共的直流母线上，供给直流负载，但其结构较复杂，且成本较高。为了简化电路结构，降低系统成本，可以用一个多输入直流变换器(Multiple-Input Converter, MIC)代替多个单输入直流变换器。MIC允许多种能源输入，输入源的性质、幅值和特性可以相同，也可以差别很大，多输入源可以分别或同时向负载供电，因此提高了系统的稳定性和灵活性，实现能源的优化利用，并且降低系统成本。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出一种拓扑结构和控制方法均较简单，且能实现能量的自动分配利用的拓扑结构。为了实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案一种双向双输入BUCK直流变换器，包括两个BUCK脉冲电压源和LC滤波器，每个脉冲电压源是由电源和半桥开关组组成，是在BUCK电路中用功率开关管代替续流二极管构成脉冲电压源，两个脉冲电压源相串联后，再经过LC滤波器给负载供电，电源正极接到半桥开关组的高端，电源负极接到半桥开关组的低端，并分别从半桥开关组中间和低端引出两个端子与其他电路连接，滤波器由电感L和电容C组成，连接方式为两个脉冲电压源串联，再经LC滤波器输出。以光伏电池(A源)和蓄电池(B源)作为两个输入电压源，根据电路中能量的传递，双向双输入BUCK直流变换器存在五种工作模态，其一是A、B同时供电，其二是A单独供电，其三是B单独供电，其四是A供电，B储能，C耗能，其五是A供电，B储能，C反馈。为了保证双向双输入BUCK直流变换器有效工作，本专利技术还提供了一种双向双输入BUCK直流变换器功率分配方法，该方法包括对两个输入源提供功率和负载回馈功率的控制，电源A以最大功率输入，电源B作为功率缓冲单元，当负载需求功率大于电源A提供的功率时，电源B放电，当负载需求功率小于电源提供的功率时，电源B充电，电源A为光伏电池，通过最大功率跟踪算法保持最大功率输入，电源B为蓄电池，通过一个带反向输出的调节器(例如PI调节器)进行能量自动分配当负载需求功率大于电源A输入功率时，调节器输出为正值，转化为开关管M2的占空比，控制电源B的放电功率；当负载需求功率小于电源A输入功率时，负载电压升高，调节器输出为负值，转化为开关管M4的占空比，控制电源B的充电功率,维持负载电压稳定。由于采用上述技术方案，本专利技术提供的双向双输入BUCK直流变具有这样的有益效果本专利技术具有重量轻、体积小、成本低、损耗小、电路的效率高、输出电压波形中的纹波小、不需要隔离变压器等特点。采用两路能量输入，可充分利用新能源，并能双向传递能量，实现能量优化利用。易实现模块化，易扩展应用。本专利技术与双输入BUCK电路相比，能实现能量回馈。由于在原来的双输入基础上增加了双向的功能，当负载需要的功率较多时，两个输入源同时给负载供电，与传统的双输入BUCK电路相同，当负载需要的功率较少时，新能源发出的电能大于负载需要的能量，通过适当的控制，实现能量反向流动，将多余的能量储存在蓄电池中，当新能源发出的电能不足时，蓄电池再放电，以维持输出电压的稳定，进而实现能量的优化分配。 附图说明图I为本专利技术的双向双输入BUCK直流变换器电气原理图；图2为本专利技术的控制系统结构框图；图3为本专利技术的A、B同时供电的等效电路；图4为本专利技术的A独立供电等效电路；图5为本专利技术的B独立供电等效电路；图6为本专利技术的A供电，B储能，C耗能等效电路；图7为本专利技术的A供电，B储能，C反馈等效电路；图8为本专利技术的仿真波形；图9为本专利技术在太阳能汽车电机系统中的电气原理图。具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述如图I所示，本专利技术的一种双向双输入BUCK直流变换器，包括两个BUCK脉冲电压源和LC滤波器，一个脉冲电压源是由太阳能电池A和半桥开关组组成，另一个脉冲电压源是由蓄电池B和半桥开关组组成，它们均是在BUCK电路中用功率开关管代替续流二极管构成脉冲电压源，两个脉冲电压源相串联后，再经过LC滤波器给负载供电，电源正极接到半桥开关组的高端，电源负极接到半桥开关组的低端，并分别从半桥开关组中间和低端引出两个端子与其他电路连接，滤波器由电感L和电容C组成，连接方式为两个脉冲电压源串联，再经LC滤波器输出。V1、V2分别是两个输入源的输入电压，C端为负载端，MpM2、M3、M4是开关管，Dp D2、D3、D4是续流二极管，L是滤波电感，C是滤波电容。光伏电池以最大功率输入，当负载消耗的功率大于光伏电池提供的功率时，蓄电池放电以提供不足的负载功率，当负载消耗的功率小于光伏电池提供的功率时，则多余的功率用于给蓄电池充电。根据电路中能量的传递，变换器存在五种工作模态，其一是A、B同时供电，其二是A单独供电，其三是B单独供电，其四是A供电，B储能，C耗能，其五是A供电，B储能，C反馈。如图2所示，根据本专利技术的控制系统结构框图，在双向双输入BUCK直流变换器中，选择主从控制方式分配两路输入源输入功率，太阳能电池A作为主供电设备，蓄电池B为后备能源供电设备，这也符合可再生能源供电系统对能源的优先利用的要求。同时调节A源输入电流参考值以实现太阳电池的最大功率输出，即实现最大功率点跟踪(Maximum PowerPoint Tracking, MPPT)。如图3所示A、B同时供电的等效电路。当MpM2开通时，k增大，A与B串联同时向C供电，V0=V^V2,电流通路为V2-M2-V1-M1-L-C15当开关管都关断时，电感L通过D3、D4续流，向C供电，V0=O,电流通路为D4-D3-L-C15在这个工作模态下，iL恒大于零，A、B向C输出倉tfi。如图4所示A独立供电等效电路。当M1开通时，电感电流k增加，A向C供电，V0=V1,电流通路为V1-M1-L-C-D415当开关管都关断时，电感L通过D3、D4续流，向C供电， V0=O,电流通路为L-C-D4-D315在这个工作模态下，iL恒大于零，A向C输出能量。如图5所示B独立供电等效电路。当M2开通时，电感电流k增加，B向C供电，V0=V2,电流通路为V2-M2-D3-L-C15当开关管都关断时，电感通过03為续流，D向C供电，V。=。，电流通路为L-C-D4-D315在这个工作模态下，iL恒大于零，B向C输出能量。如图6所示A供电、B储能、C耗能等效电路。当M1开通时，电感电流k增加，A向C供电，Vtj=V1,电流通路为V1-M1-L-C-D415当开关管都关断时，电感通过D3、D4续流，向C供电，iL减小，V0=O,电流通路为L-C-D4-D315当M3、M4开通时，电感电流L反向本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双向双输入BUCK直流变换器，包括两个BUCK脉冲电压源和LC滤波器，其特征在于：每个脉冲电压源是由电源和半桥开关组组成，是在BUCK电路中用功率开关管代替续流二极管构成脉冲电压源，两个脉冲电压源相串联后，再经过LC滤波器给负载供电，电源正极接到半桥开关组的高端，电源负极接到半桥开关组的低端，并分别从半桥开关组中间和低端引出两个端子与其他电路连接，滤波器由电感L和电容C组成，连接方式为两个脉冲电压源串联，再经LC滤波器输出。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙孝峰，刘飞龙，李伟松，李昕，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：
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