一种隔离型DC-DC变换器拓扑电路制造技术

本发明专利技术提供一种隔离型DC-DC变换器拓扑电路，包括控制器、太阳能阵输入端、母线输出端、蓄电池端、与蓄电池端连接的电池端口模块以及在太阳能阵输入端和母线输出端之间依次连接的一次侧输入模块、变压器模块和母线负载输出端口模块；一次侧输入模块包括分别半桥连接于太阳能阵输入端正负极之间的第一、第二MOS管和第一、第二电容，第一MOS管和第二MOS管各自的栅极分别与控制器连接，第一MOS管和第二MOS管的中间点与第一电容和第二电容的中间点之间接有第一电感；变压器模块还包括电连接的第三、第四电感；母线输出端口模块接于第四电感的两端之间，电池端口模块接于第三电感的两端之间。本发明专利技术能够实现适应三端口拓扑的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及隔离型DC-DC变换器拓扑电路，可应用于航天电源系统、航空电源系统和航海电源系统中。
技术介绍
航天电源系统、航空电源系统和航海电源系统通常都是采用太阳能电池阵作为主供电电源，蓄电池作为备用供电电源。当处于光照区时，由太阳能电池阵为母线上的负载供电；当处于阴影区时，由蓄电池为母线上的负载供电；当太阳能电池阵电量多余而蓄电池电量未满电量时，太阳能电池阵为蓄电池充电。这要求电源变换电路既能够实现从太阳能阵端向母线端供电，又能够实现从蓄电池端向母线端供电，还能够实现太阳能阵端向蓄电池充电。但是，现有的隔离型DC-DC变换器拓扑电路，如图1所示，采用半桥拓扑结构，仅能够实现一对一的功率变换，不适应三端口拓扑的应用。
技术实现思路
为解决现有隔离型DC-DC变换器拓扑电路无法实现由太阳能电池阵向蓄电池供电的技术问题，本专利技术提供一种隔离型DC-DC变换器拓扑电路，包括控制器、太阳能阵输入端、母线输出端、蓄电池端、与所述蓄电池端连接的电池端口模块以及在所述太阳能阵输入端和所述母线输出端之间依次连接的一次侧输入模块、变压器模块和母线负载输出端口模块；所述一次侧输入模块包括分别半桥连接于所述太阳能阵输入端正、负极之间的第一MOS管、第二 MOS管和第一电容、第二电容，所述第一 MOS管和所述第二 MOS管各自的栅极分别与所述控制器连接，该第一 MOS管和该第二 MOS管的中间点与所述第一电容和第二电容的中间点之间接有第一电感；所述第一电感为所述变压器模块的原边电感；所述变压器模块还包括电连接的第四电感和第三电感；所述第四电感和所述第三电感共地；所述母线输出端口模块接于第四电感的两端之间，所述电池端口模块接于所述第三电感的两端之间。进一步的，当所述控制器判断进入光照区时，所述控制器控制所述第一 MOS管和所述第二MOS管交替导通；该控制器通过控制该第一MOS管的占空比调节母线电压，通过控制该第二 MOS管的占空比调节蓄电池充电电流。本专利技术拓扑电路在半桥拓扑的基础上，将后级反向绕组拆开形成两个端口，一个街道母线端，另一个接到电池端。在第一 MOS管开通过程中，输入端为母线输出提供能量；在第二 MOS管开通过程中，输入端电流为蓄电池充电。进一步的，所述电池端口模块包括串接于所述第三电感两端之间的第三薄膜电容和第三二极管，所述第三二极管和所述第三薄膜电容的中间点与所述蓄电池端连接；所述电池端口模块还包括与所述第三二极管并接于所述第三电感和所述蓄电池端之间的第三MOS管，所述第三MOS管的栅极与所述控制器连接。更进一步的，当所述控制器判断进入阴影区时，所述控制器控制所述第一 MOS管和第二 MOS管始终关断、所述第三MOS管周期性开关。采用上述技术方案，通过设置第三MOS管，经过第三电感和第四电感为母线提供能量，实现在太阳能能量不足时蓄电池能够为母线负载提供能量。更进一步的，所述电池端口模块还包括与第三二极管并接于所述第三电感和所述蓄电池端之间的反激吸收电路。所述反激吸收电路包括相互串接的第五电容和第五二极管，该第五二极管与所述第三二极管反向。采用上述技术方案，增加反激吸收电路，这样，第三电感、第四电感、第四二极管和第七电感为光照区和阴影区功率变换的共用单元，一定程度降低了元器件的应用数量，提高了整机功率密度。进一步的，所述变压器拓扑电路还包括接于所述太阳能阵输入端和所述一次侧输入模块之间的平波升压模块。更进一步的，所述平波升压模块包括第六二极管以及依次串接于所述太阳能阵输入端的正、负极之间的第六电感、第二电感和第六电容，所述第六二极管接于所述第一电容与所述第六电感和所述第二电感的中间点之间。采用平波升压模块，可以降低太阳能端口输入电流纹波，提高太阳能电池功率利用率。进一步的，所述第一 MOS管和所述第二 MOS管的中间点与所述第一电容和所述第二电容的中间点之间还接有与所述第一电感串接的第七电容。与第一电感串联一个电容，起到防止变压器偏磁作用。进一步的，所述第一电容和所述第二电容的电容值相等。本专利技术带来的有益效果是:本专利技术完成了太阳能阵输入端、母线输出端和电池端三端口之间的能量传输，能够实现太阳能阵同时向蓄电池和负载进行供电，同时实现蓄电池的充放电，尤其是实现了在太阳能能量不足时蓄电池能够为母线负载提供能量的功能。本专利技术还结合了反激变换电路，一定程度降低了元器件的应用数量，提高了整机功率密度。本专利技术效率高、动态响应快，控制方式简单。附图说明图1为现有技术的隔离型DC-DC变换器拓扑电路的电路结构示意 图2为图所不的拓扑电路中Ml和M2的驱动波形不意 图3为本专利技术变换器拓扑电路的一个实施例的电路结构不意图(未不出控制器),其能实现太阳能能电池分别向母线负载和蓄电池供电； 图4为在图3实施例的基础上进行进一步改进后的电路结构示意图，其能实现太阳能能电池分别向母线负载和蓄电池供电且蓄电池又能向母线负载供电的功能； 图5-10为图4所的示拓扑电路在系统处于光照区时，一个控制周期内电路的工作状态示意 图11为图4所示的拓扑电路在图5-10所示的一个控制周期内各元器件的电压、电流波形示意图，其中，L1、L2、L3和L4依次分别表示第一电感N1、第二电感N2、第三电感N3和第四电感N4的电感量。具体实施方式下面结合附图说明及具体实施方式对本专利技术进一步说明。本专利技术的隔离型DC-DC变换器拓扑电路，如图3、4所示，主要由控制器(图中未示出)、一次侧输入模块1、变压器模块2、电池端口模块3、母线负载输出端口模块4和平波升压模块6构成。如图3所示，它在半桥变换器的基础上，将输出端口拆为双端口，分别给母线负载输出端口模块4和电池端口模块3传输能量；在此基础上，如图4所示，又在母线输出端口模块4和电池端口模块3形成了反激电路结构，使得蓄电池可向母线传输能量。本专利技术实施例的变换器拓扑电路还包括太阳能阵输入端SA、母线输出端BUS和蓄电池端BAT，在太阳能阵输入端SA和母线输出端BUS之间依次连接有一次侧输入模块1、变压器模块2和母线负载输出端口模块3，电池端口模块4连接与蓄电池端BAT连接。如图4所示，变压器模块2包括第一电感N1、第二电感N2、第三电感N3和第四电感N4，第一电感NI为原边电感，第三电感N3和第四电感N4分别为副边电感。第三电感N3和第四电感N4的中间点接地；母线输出端口模块4接于第四电感N4的两端之间，电池端口模块3接于第三电感N3的两端之间。第一电感NI为能量输入端口，第四电感N4和第三电感N3分别作为向母线负载和蓄电池供电的输出端口 ；第二电感N2参与构成下述的降波升压模块6。本拓扑电路中变压器结构较为复杂，设计过程需要十分严谨，本设计中采用铁氧体PQ3535作为变压器的磁芯，NI—N4的匝数分别为7匝、3匝、25匝和10胆，电感量以N4为基准，大小为84uH。如图4所示，一次侧输入模块I包括分别半桥连接于太阳能阵输入端SA正、负极之间的第一 MOS管Ml、第二 MOS管M2和第一电容Cl、第二电容C2。一次侧输入模块I保留了半桥电路一次侧基础，由两个相等的电容(第一电容Cl和第二电容C2)构成一个桥臂，两个开关管(第一 MOS管Ml和第二 MOS管M2)构成另一个桥臂；两桥臂的中间点为输出端，通过变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隔离型DC?DC变换器拓扑电路，包括控制器、太阳能阵输入端（SA）、母线输出端（BUS）以及在所述太阳能阵输入端（SA）和所述母线输出端（BUS）之间依次连接的一次侧输入模块（1）、变压器模块（2）和母线负载输出端口模块（4）；所述一次侧输入模块（1）包括分别半桥连接于所述太阳能阵输入端（SA）正、负极之间的第一MOS管（M1）、第二MOS管（M2）和第一电容（C1）、第二电容（C2），所述第一MOS管（M1）和所述第二MOS管（M2）各自的栅极分别于所述控制器连接，该第一MOS管（M1）和该第二MOS管（M2）的中间点与所述第一电容（C1）和第二电容（C2）的中间点之间接有第一电感（N1）；所述第一电感（N1）为所述变压器模块的原边电感；其特征在于：还包括电池端口模块和与所述电池端口模块连接的蓄电池端，所述变压器模块还包括电连接的第四电感（N4）和第三电感（N3）；所述第四电感（N4）和所述第三电感（N3）共地；所述母线输出端口模块接于第四电感（N4）的两端之间，所述电池端口模块接于所述第三电感（N3）的两端之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱洪雨，艾萨巴侯赛因，吴斌，邢浩江，张东来，
申请(专利权)人：深圳市航天新源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：