自举式双输入直流变换器制造技术

一种自举式双输入非隔离直流变换器，它包括：半桥变换器1：输入源Vin1并联电容C1，电容C1的正极接主开关S11的集电极，电容C1的负极接主开关S12的发射极，主开关S11的发射极接主开关S12的集电极；半桥变换器2：输入源Vin2并联电容C2，电容C2的正极接主开关S11的集电极，电容C2的负极接主开关S22的发射极，主开关S21的发射极接主开关S22的集电极；主开关S11的发射极接主开关S21的发射极；辅助开关组3：它是由两个开关管SC1和SC2构成，开关管SC1和SC2共集电极连接，开关管SC1的发射极接开关管S22的发射极，开关管SC2的发射极接开关管S12的发射极；开关管S11的集电极是变换器的输出正极，开关管S22的发射极是变换器的输出负极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子变换
，尤其涉及一种自举式双输入直流变换器。
技术介绍
一次能源转化来的电能往往不能被设备直接利用，通常要经过一级电力电子变换，因此电力电子变换器在整个能量转化过程中起到了举足轻重的作用。电力电子变换器是由电力电子器件及其驱动电路、导电母线、监测仪表和控制电路等组成的可以完成电能变换的系统总称，即在一定的拓扑结构基础上，采用合适的控制与调制策略对电力电子器件进行通断控制，使输出的电能满足负载要求。随着电力需求量逐渐增大，化石能源的大规模开采和利用已经使得世界能源形势日趋紧张，同时石化燃料燃烧产生的大量废气造成了严重的环境污染。由于新能源具有清洁无污染、资源永续利用的特点，因此利用新能源发电是解决能源开发与环境保护之间矛盾的一个重要途径。目前应用较多的新能源发电形式有风力发电、光伏发电、燃料电池发电、地热发电和生物质发电等，但由于这些能源受环境影响和地域限制较大，其电力供应不稳定、不连续，所以通常将具有互补性的多种新能源结合起来，并配有储能装置组成新能源联合供电系统。传统的联合供电系统中每种能源通过一个单输入DC-DC变换器与电网相连,如图1所示。从结构上讲，这样的系统需要的变换器数量较多，增加了系统的投入与维护费用。另外从控制角度上来讲，各变换器在独立控制的同时也要保证与其它端口之间协调工作，因此在实际运行时必须建立各端口间的通信网络，这会增加系统的复杂性。 为了实现集中控制管理，基于多输入变换器的新能源供电系统得到越来越多的关注。该系统中的多输入变换器将几个单输入变换器进行融合，使具有相同功能的元器件共享，从一定程度上提高了系统的功率密度，降低了系统成本，其电路结构如图2所示。多输入变换器允许多种能源输入，输入源的性质、幅值和特性可以相同，也可以不同；多个输入源可以分时或同时向负载供电。多输入变换器从拓扑上可以分为隔离型和非隔离型两类。采用变压器磁耦合方式进行能量传递的拓扑称之为隔离型多输入变换器。此类变换器不仅提供了各个端口间的电气隔离，而且合理的变压器绕组变比和控制策略很容易将不同性质、不同等级的输入源结合在一起，并使输入输出端口自由进行能量传递。然而缺点是变压器的引入增大了系统的体积和重量，绕组和磁芯的损耗会随着系统功率增大而增大。从负载电气特性角度出发，对于不需要输入输出隔离的场合，应用非隔离多输入变换器更加合适。但当前对非隔离多输入变换器的研究仅限于输入源和负载间可相互传递能量，而输入源之间不能直接传递能量。另外一旦某个输入源退出工作，要么就使别的输入源负荷加大，要么就使负载上的电压电流不能满足安全运行要求，造成系统停机，严重时还会损坏设备。故此类拓扑的稳定性和灵活性不强，对新能源的利用率不是很高，应用范围有较大局限性，因此寻求一种能量可多向流动的拓扑具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术中的不足，提供一种自举式双输入直流变换器。为了解决上述存在的技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的:一种自举式双输入直流变换器包括半桥变换器1、半桥变换器2、辅助开关组3 ;半桥变换器I为:输入源Vinl并联电容C1,电容C1的正极接主开关S11的集电极，电容C1的负极接主开关S12的发射极，主开关S11的发射极接主开关S12的集电极；半桥变换器2为:输入源Vin2并联电容C2,电容C2的正极接主开关S11的集电极，电容C2的负极接主开关S22的发射极，主开关S21的发射极接主开关S22的集电极；主开关S11的发射极接主开关S21的发射极，同时也可以说是主开关S12的集电极接主开关S22的集电极；辅助开关组3由两个开关管Sa和Sk构成，开关管Sa和开关管Sffi共集电极连接，开关Sa的发射极接开关管S22的发射极，开关管Sffi的发射极接开关管S12的发射极；开关管S11的集电极是变换器的输出正极，开关管S22的发射极是变换器的输出负极，其分别与负载相连。本专利技术提出了一种自举式双输入直流变换器拓扑，其目的就是要解决其它双输入变换器中输入源之间不能相互传递能量、灵活性差的问题。本专利技术提出的拓扑除了具有传统双输入非隔离直流变换器中可分时供电、同时供电，输入源与负载间能量双向流动等特点外，还实现了两个输入源间的能量传递。自举式双输入直流变换器的不同之处是在每个输入侧加入一个较大的储能电容，同时引入一个可双向导通的开关管(本专利技术中定义为充电开关管)将两个输入源的负极连在一起。当某一个输入源退出工作时，通过充电开关管将另一个输入源的能量引到该侧的电容上，即间断地为该侧电容充电，使其从一定程度上具有电压源的特性，维持输入电压稳定，进而保证负载电压稳定。另外，如果某个输入源接有储能装置时，还可利用充电回路从另一个输入源获取能量，同时对负载上的电压电流没有影响。该拓扑中充电开关管承受的电压仅为某个输入源的电压，所以不必担心充电开关管承受高压的问题。由于采用上述技术方案，本专利技术提供的自举式双输入直流变换器，具有这样的有益效果:本专利技术提出的拓扑具有结构简单，控制灵活易实现，成本较低和易于集成化等优点，可利用在新能源联合供电系统中，其减小了新能源供电不稳定对负载带来的影响，同时也提高了系统对新能源的利用率，符合当今绿色环保节能要求。附图说明图1是传统新能源供电系统结构示意图；图2是基于多输入变换器的新能源供电系统结构示意图；图3是自举式双输入直流变换器拓扑(IGBT型)；图4是当充 电开关管无动作时自举式双输入直流变换器的工作过程；图5是当输入源Vinl退出工作时自举式双输入直流变换器的工作过程；图6是当输入源Vin2具有存储能量供能时自举式双输入直流变换器的工作过程。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术做进一步说明。如图3所示，一种自举式双输入离直流变换器，它包括半桥变换器1、半桥变换器2、辅助开关组3 ;半桥变换器I为:输入源Vinl并联电容C1,电容C1的正极接主开关S11的集电极，电容C1的负极接主开关S12的发射极，主开关S11的发射极接主开关S12的集电极；半桥变换器2为:输入源Vin2并联电容C2,电容C2的正极接主开关S11的集电极，电容C2的负极接主开关S22的发射极，主开关S21的发射极接主开关S22的集电极；主开关S11的发射极接主开关S21的发射极，同时主开关S12的集电极接主开关S22的集电极；辅助开关组3由两个开关管Sa和Sk构成，开关管Sa和开关管Sk共集电极连接，开关Sa的发射极接开关管S22的发射极，开关管Sffi的发射极接开关管S12的发射极；开关管S11的集电极是变换器的输出正极，开关管S22的发射极是变换器的输出负极,其分别与负载相连。开关管(Sn、S12)和开关管(S21、S22、Sc1、Sc2)分别选择Fairchild 公司的 FGH20N60和FGH40N60，输入侧储能电容选择4700uF/250V。该拓扑中完成电能变换的主体部分可以看成是两个半桥变换器的结合。其包含两个直流电压源Vinl和Vin2 ;4个驱动信号两两互补的主开关管;两个充电开关管Sci和Sc2 ；Lf和Cf构成的滤波器和负载，开关管这里选择IGBT (也可以是电力MOSFET或者GT0);两输入源可以是光伏电池、风力发电单元、燃料电池、市电、蓄电池和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自举式双输入直流变换器，其特征在于：它包括半桥变换器1、半桥变换器2、辅助开关组3；半桥变换器1为：输入源Vin1并联电容C1，电容C1的正极接主开关S11的集电极，电容C1的负极接主开关S12的发射极，主开关S11的发射极接主开关S12的集电极；半桥变换器2为：输入源Vin2并联电容C2，电容C2的正极接主开关S11的集电极，电容C2的负极接主开关S22的发射极，主开关S21的发射极接主开关S22的集电极；主开关S11的发射极接主开关S21的发射极，同时也可以说是主开关S12的集电极接主开关S22的集电极；辅助开关组3由两个开关管SC1和SC2构成，开关管SC1和开关管SC2共集电极连接，开关SC1的发射极接开关管S22的发射极，开关管SC2的发射极接开关管S12的发射极；开关管S11的集电极是变换器的输出正极，开关管S22的发射极是变换器的输出负极，其分别与负载相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙孝峰，王炜，王宝诚，李昕，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：