CN102684484A - 一种宽输入电压范围的双输入升降压变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽输入电压范围的双输入升降压变换器,属于电力电子变换器技术领域。所述变换器由两个输入源、两个输入滤波电容、六个开关管、滤波电感、输出滤波电容和负载构成,两个输入源串联连接。本发明变换器所用两个输入源可以单独向负载供电,也可以同时向负载供电,所述升降压变换器的输入、输出电压都可以在很宽的电压范围内变化,结构简单、成本低、变换效率高,适用于新能源发电等领域,特别适用于光伏发电技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及新能源发电技术领域中的功率变换器技术领域,特别涉及的是一种多输入反激式光伏并网逆变器。
背景技术
研究和利用新能源是解决能源危机和环境污染的有效措施,大多数新能源发电***受到环境因素的影响,存在能量密度低、电力供应不稳定、不连续等缺点。采用多种新能源联合发电,使各种新能源之间或新能源与其它能源之间的互相补充,能够获得较为稳定的电能,如风光互补发电***、光伏-市电联合供电***等。为了使多个输入源共同向负载供电,一般需要采用多个变换器组合构成***,采用该种方式的***体积、重量大,分散控制、***动态响应速度慢。为了解决上述问题,研究人员提出了多输入变换器的概念。双输入变换器是多输入变换器中最典型的一种,通过采用双输入变换器可以实现两个输入源联合向负载供电,具有***集成度高、效率高等优点。
光伏集成变换器直接与光伏组件集成到一起,实现光伏组件最大功率跟踪及控制等功能,具有变换效率高、发电效率高、可靠性高、适合模块化设计与生产等优点,近年来获得了广泛的关注。一般一个变换器仅与一个光伏组件相连,由于光伏组件输出功率较小,而光伏集成变换器的控制、保护等电路成本相对固定且较高,由此造成光伏集成变换器的单位发电功率成本提高。利用多输入变换器同时与多个光伏组件相连,同时实现多个光伏组件的最大功率跟踪及控制,能够有效降低***成本;另一方面,光伏组件输出电压能够在很宽的范围内变化,因此,为了满足上述需求,研究和开发适应宽输入电压范围的多输入变换器具有重要意义。文献“Yuan-Chuan Liu,Yaow-Ming Chen.Asystematic approach to synthesizing multi-input DC-DC converters,IEEETransactions on Power Electronics,2009,24(1):116-127”及文献“Yan Li,XinboRuan,Dongsheng Yang,Fuxin Liu and Chi K.Tse.Synthesis of multiple-inputDC/DC converters,IEEE Transactions on Power Electronics,2010,25(9):2372-2385”分别提出了多输入变换器的拓扑生成方法,并构造了多种多输入直流变换器拓扑,上述两篇文献中多输入直流变换器的构造方法类似,但并未给出适应宽输入电压范围的多输入直流变换器的解决方案。
发明内容
本发明针对上述现有逆变器所存在的不足,而提供一种具有成本低、效率高、结构简单、适应宽输入/输出电压范围的双输入升降压变换器。
为了达到上述目的,本发明采用如下的技术方案:
一种宽输入电压范围的双输入升降压变换器,所述变换器包括第一和第二输入源(Vin1、Vin2)、第一和第二输入滤波电容(Cin1、Cin2)、第一开关管(S1)、第三开关管(S3)、第五开关管(S5)、第一滤波元件、第二滤波元件、第三滤波元件、滤波电感(Lf)、输出滤波电容(Co)和负载(Ro),其中:第一开关管(S1)的漏极分别连于第一输入源(Vin1)的正极和第一输入滤波电容(Cin1)的一端,第一开关管(S1)的源极分别连于第一滤波元件的一端和滤波电感(Lf)的一端,第一滤波元件的另一端分别连于第一输入源(Vin1)的负极、第二输入源(Vin2)的正极、第一输入滤波电容(Cin1)的另一端、第二输入滤波电容(Cin2)的一端和第二滤波元件的一端,第二滤波元件的另一端分别连于第三开关管(S3)的漏极、第五开关管(S5)的源极、输出滤波电容(Co)的一端和负载(Ro)的一端,第三开关管(S3)的源极分别连于第二输入源(Vin2)的负极和第二输入电容(Cin2)的另一端,第五开关管(S5)的漏极分别连于滤波电感(Lf)的另一端和第三滤波元件的一端,第三滤波元件的另一端分别连于输出滤波电容(Co)的另一端和负载(Ro)的另一端。
在本发明的一优选实例中,所述第一滤波元件、第二滤波元件、第三滤波元件分别为第二、第四和第六开关管(S2、S4、S6),所述第二开关管(S2)的漏极分别连于第一开关管(S1)的源极、滤波电感(Lf)的一端,第二开关管(S2)的的源极分别连于第四开关管(S4)的漏极、第一输入源(Vin1)的负极、第二输入源(Vin2)的正极、第一输入滤波电容(Cin1)的另一端和第二输入滤波电容(Cin2)的一端,第四开关管(S4)的源极分别连于第三开关管(S3)的漏极、第五开关管(S5)的源极、输出滤波电容(Co)的一端和负载(Ro)的一端,第六开关管(S6)的源极分别连于第五开关管(S5)的漏极和滤波电感(Lf)的另一端,第六开关管(S6)的漏极分别连于输出滤波电容(Co)的另一端和负载(Ro)的另一端。
在本发明的另一优选实例中,所述第一滤波元件、第二滤波元件、第三滤波元件分别为第一、第二和第三二极管(D1、D2、D3),其中第一二极管(D1)的阴极分别连于第一开关管(S1)的源极和滤波电感(Lf)的一端,第一二极管(D1)的阳极分别连于第一输入源(Vin1)的负极、第二输入源(Vin2)的正极、第一输入滤波电容(Cin1)的另一端、第二输入滤波电容(Cin2)的一端和第二开关管(D2)的阴极,第二开关管(D2)的阳极分别连于第三开关管(S3)的漏极、第五开关管(S5)的源极、输出滤波电容(Co)的一端和负载(Ro)的一端,第三二极管(D3)的阳极分别连于滤波电感(Lf)的另一端和第五开关管(S5)的漏极,第三二极管(D3)的阴极分别连于输出滤波电容(Co)的另一端和负载(Ro)的另一端。
根据上述技术方案形成的本发明具有以下优点:
(1)两个输入源可以各自独立向负载供电,也可以同时向负载供电。
(2)两个输入源的电压可以为任意值,输出电压也可以为任意值,能够适应很宽的输入/输出电压范围。
(3)输入输出共地,变换器控制简单,实现容易。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明宽输入电压范围双输入升降压变换器的原理图;
图2为本发明采用二极管整流的宽输入电压范围双输入升降压变换器的原理图;
图3为本发明宽输入电压范围双输入升降压变换器在第一输入源单独向负载供电时的等效电路图;
图4为本发明宽输入电压范围双输入升降压变换器在第二输入源单独向负载供电时的等效电路图;
图中符号说明:Vin1、Vin2-第一、第二输入源;Cin1、Cin2-第一、第二输入滤波电容;Lf-滤波电感;Co-输出滤波电容;Ro-负载;S1、S2、S3、S4、S5、S6分别为第一、第二、第三、第四、第五、第六开关管;D1、D2、D3-第一、第二、第三二极管。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明。
实施例1
参见图1,该实施例中提供的宽输入电压范围双输入升降压变换器的结构包括第一和第二输入源(Vin1、Vin2)、第一和第二输入滤波电容(Cin1、Cin2)、第一至第六开关管(S1、S2、S3、S4、S5、S6)、滤波电感(Lf)、输出滤波电容(Co)和负载(Ro)。
其中:第一开关管(S1)的漏极分别连于第一输入源(Vin1)的正极和第一输入滤波电容(Cin1)的一端,第一开关管(S1)的源极分别连于第二开关管(S2)的漏极和滤波电感(Lf)的一端,第二开关管(S2)的源极分别连于第一输入源(Vin1)的负极、第二输入源(Vin2)的正极、第一输入滤波电容(Cin1)的另一端、第二输入滤波电容(Cin2)的一端和第四开关管(S4)的漏极,第四开关管(S4)的源极分别连于第三开关管(S3)的漏极、第五开关管(S5)的源极、输出滤波电容(Co)的一端和负载(Ro)的一端,第三开关管(S3)的源极分别连于第二输入源(Vin2)的负极和第二输入电容(Cin2)的另一端,第五开关管(S5)的漏极分别连于滤波电感(Lf)的另一端和第六开关管(S6)的源极,第六开关管(S6)的漏极分别连于输出滤波电容(Co)的另一端和负载(Ro)的另一端。
该实施例中提供的宽输入电压范围双输入升降压变换器的具体工作原理如下:
假设第一、第二输入滤波电容(Cin1、Cin2)以及输出滤波电容(Co)都足够大,输入输出电压都为平滑的直流。
如附图1所示宽输入电压范围双输入升降压变换器中,第一开关管(S1)与第二开关管(S2)互补导通,第三开关管(S3)与第四开关管(S4)互补导通,第五开关管(S5)与第六开关管(S6)互补导通。假设第一、第三、第五开关管(S1、S3、S5)的占空比分别为d1、d3和d5,根据滤波电感(Lf)的伏秒平衡关系,可以得到输出电压(Vo)与第一、第二输入源电压(Vin1、Vin2)的关系为:
当第一输入源(Vin1)单独向负载(Ro)供电时,第三开关管(S3)一直关断,第四开关管(S4)一直导通,变换器等效电路如图3所示,输入输出电压关系满足:
当第一输入源的电压(Vin1)大于输出电压(Vo)时,变换器工作在降压模式,此时第五开关管(S5)一直关断,第六开关管(S6)一直导通,变换器等效于Buck变换器;当第一输入源的电压(Vin1)小于输出电压(Vo)时,变换器工作在降压模式,此时第一开关管(S1)一直导通,第二开关管(S2)一直关断,变换器等效于Boost变换器;
当第二输入源(Vin2)单独向负载供电时,第一开关管(S1)一直关断,第二开关管(S2)一直导通,变换器等效电路如图4所示,输入输出电压关系满足:
该种情况下,变换器的具体工作原理与第一输入源(Vin1)单独向负载(Ro)供电时的工作原理类似,不再重复叙述。
当第一、第二输入源(Vin1、Vin2)共同向负载(Ro)供电时,第一、第二、第三和第四开关管(S1、S2、S3、S4)都处于开关状态,假设滤波电感(Lf)足够大,其电流为平滑的直流,负载(Ro)功率为(Po),第一输入源(Vin1)和第二输入源(Vin2)向负载提供的功率分别为Pin1、Pin2,则有:Pin1+Pin2=Po,且Pin1/Pin2=(Vin1d1)/(Vin2d3),假设第一、第二输入源的电压(Vin1、Vin2)恒定,则通过调节第一和第三开关管(S1、S3)的占空比比例关系,即可调节两个输入源向负载提供的功率大小关系,另一方面,由于第一和第三开关管(S1、S3)的占空比各自可以独立调节,因此两个输入源输出的功率也可以各自独立调节。
实施例2
该实施例提供的宽输入电压范围双输入升降压变换器与实施例1中提供变换器结构相似,其不同点在于,将实施例1提供的变换器中的第二、第四和第六开关管(S2、S4、S6)用第一、第二和第三二极管(D1、D2、D3)代替。
参见图2,所示即为本发明采用二极管整流的宽输入电压范围双输入升降压变换器的电路原理图,其中第一二极管(D1)的阴极分别连于第一开关管(S1)的源极和滤波电感(Lf)的一端,第一二极管(D1)的阳极分别连于第一输入源(Vin1)的负极、第二输入源(Vin2)的正极、第二输入滤波电容(Cin2)的一端和第二开关管(D2)的阴极,第二开关管(D2)的阳极分别连于第三开关管(S3)的漏极、第五开关管(S5)的源极、输出滤波电容(Co)的一端和负载(Ro)的一端,第三二极管(D3)的阳极分别连于滤波电感(Lf)的另一端和第五开关管(S5)的漏极,第三二极管(D3)的阴极分别连于输出滤波电容(Co)的另一端和负载(Ro)的另一端。
实施例1中提供的宽输入电压范围的双输入升降压变换器适用于输入源的电压较低、电流较大的应用场合,如直接与光伏组件相连的光伏集成变换器应用场合。
实施例2中采用二极管整流的宽输入电压范围双输入升降压变换器适用于输入源的电压较高的应用场合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种宽输入电压范围的双输入升降压变换器,其特征在于,所述变换器包括第一和第二输入源(Vin1、Vin2)、第一和第二输入滤波电容(Cin1、Cin2)、第一开关管(S1)、第三开关管(S3)、第五开关管(S5)、第一滤波元件、第二滤波元件、第三滤波元件、滤波电感(Lf)、输出滤波电容(Co)和负载(Ro),其中:第一开关管(S1)的漏极分别连于第一输入源(Vin1)的正极和第一输入滤波电容(Cin1)的一端,第一开关管(S1)的源极分别连于第一滤波元件的一端和滤波电感(Lf)的一端,第一滤波元件的另一端分别连于第一输入源(Vin1)的负极、第二输入源(Vin2)的正极、第一输入滤波电容(Cin1)的另一端、第二输入滤波电容(Cin2)的一端和第二滤波元件的一端,第二滤波元件的另一端分别连于第三开关管(S3)的漏极、第五开关管(S5)的源极、输出滤波电容(Co)的一端和负载(Ro)的一端,第三开关管(S3)的源极分别连于第二输入源(Vin2)的负极和第二输入电容(Cin2)的另一端,第五开关管(S5)的漏极分别连于滤波电感(Lf)的另一端和第三滤波元件的一端,第三滤波元件的另一端分别连于输出滤波电容(Co)的另一端和负载(Ro)的另一端。
2.根据权利要求1所述的一种宽输入电压范围的双输入升降压变换器,其特征在于,所述第一滤波元件、第二滤波元件、第三滤波元件分别为第二、第四和第六开关管(S2、S4、S6),所述第二开关管(S2)的漏极分别连于第一开关管(S1)的源极、滤波电感(Lf)的一端,第二开关管(S2)的的源极分别连于第四开关管(S4)的漏极、第一输入源(Vin1)的负极、第二输入源(Vin2)的正极、第一输入滤波电容(Cin1)的另一端和第二输入滤波电容(Cin2)的一端,第四开关管(S4)的源极分别连于第三开关管(S3)的漏极、第五开关管(S5)的源极、输出滤波电容(Co)的一端和负载(Ro)的一端,第六开关管(S6)的源极分别连于第五开关管(S5)的漏极和滤波电感(Lf)的另一端,第六开关管(S6)的漏极分别连于输出滤波电容(Co)的另一端和负载(Ro)的另一端。
3.根据权利要求1所述的一种宽输入电压范围的双输入升降压变换器,其特征在于,所述第一滤波元件、第二滤波元件、第三滤波元件分别为第一、第二和第三二极管(D1、D2、D3),其中第一二极管(D1)的阴极分别连于第一开关管(S1)的源极和滤波电感(Lf)的一端,第一二极管(D1)的阳极分别连于第一输入源(Vin1)的负极、第二输入源(Vin2)的正极、第一输入滤波电容(Cin1)的另一端、第二输入滤波电容(Cin2)的一端和第二开关管(D2)的阴极,第二开关管(D2)的阳极分别连于第三开关管(S3)的漏极、第五开关管(S5)的源极、输出滤波电容(Co)的一端和负载(Ro)的一端,第三二极管(D3)的阳极分别连于滤波电感(Lf)的另一端和第五开关管(S5)的漏极,第三二极管(D3)的阴极分别连于输出滤波电容(Co)的另一端和负载(Ro)的另一端。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120919 |