CN103312153B - 一种并联式多输入耦合电感升降压变换器 - Google Patents
一种并联式多输入耦合电感升降压变换器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103312153B CN103312153B CN201210063240.7A CN201210063240A CN103312153B CN 103312153 B CN103312153 B CN 103312153B CN 201210063240 A CN201210063240 A CN 201210063240A CN 103312153 B CN103312153 B CN 103312153B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- booster circuit
- filter inductance
- circuit
- filter
- reduction voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 36
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 3
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
本发明公开了一种并联式多输入耦合电感升降压变换器，属于电力电子变换技术领域。该变换器是由N个升压电路、1个降压电路(20)和负载组成，N为大于1的自然数，每个升压电路均是由输入源、滤波电感、开关管、二极管和滤波电容构成，降压电路由开关管、二极管、滤波电感和滤波电容构成，N个升压电路的输出端并联连接，然后与降压电路(20)的输入端相连，降压电路(20)的输出端与负载相连，N个升压电路的滤波电感分别和降压电路的滤波电感耦合在一起。本发明变换器能够实现多个输入源同时向负载供电，且能够实现输入和输出之间的升降压变换，滤波电感彼此耦合，变换器体积小，不同输入源和负载侧可以各自独立控制，控制简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种并联式多输入耦合电感升降压变换器，属于电力电子变换器技术领域，特别涉及新能源发电技术领域中的功率变换器技术领域。
背景技术
随着能源危机和环境污染问题日益严重，太阳能、风能、燃料电池等新能源和可再生能源的开发和利用得到越来越广泛的关注，分布式发电***已成为世界各国关注和研究的热点。而新能源发电设备固有的缺陷带来了一些新的难题和挑战，如：燃料电池的响应速度比较缓慢，输出功率不能及时跟踪负载的变化；风能、太阳能发电由于受到风速、风向、日照强度、环境温度等自然条件变化的影响而不能持续、稳定的输出电能，导致***稳定性问题的增加。因此，为了确保连续可靠地给负载供电，常常需要多种新能源彼此结合，优势互补构成联合分布式供电***。
由于分布式供电***中含有多个输入源，每种输入源的电压并不稳定，因此需要直直变换将输入源相对不稳定的输出电压转换成为稳定的电压供负载使用。直直变换器按输入源数可分为两类：单输入直直变换器和多输入直直变换器。在一些中小功率场合且新能源发电装置靠近的场合，如果使用多个单输入直直变换器，会使结构变得复杂且成本较高。在这种场合，可以使用一个多输入直直变换器代替多个单输入直直变换器。此外，热能温差电池、光伏电池、燃料电池等新能源发电设备的输出电压随环境条件的变化而在很宽范围内变换，而蓄电池、超级电容等储能设备随着充放电状态的不同，其端电压也在很宽的范围内变换，因此需要一种能够适应输入电压宽范围变化的升降压直直变换器。
在升降压变换器中，由Buck变换器和Boost变换器级联构成的升降压变换器由于诸多优点获得了较多的研究和应用。文献“任小永，唐钊，阮新波，等.一种新颖的四开关Buck-Boost变换器[J].中国电机工程学报，2008，28(21)：15-19.”所研究的由Buck变换器和Boost变换器级联构成的升降压变换器只包含一个电感，拓扑结构简单，但输入和输出端电流断续，不适合热能温差发电、燃料电池等对纹波敏感的应用场合；文献“Rae-YoungKimandJih-ShengLai.Aseamlessmodetransfermaximumpowerpointtrackingcontrollerforthermoelectricgeneratorapplications[J].IEEETransactionsonpowerelectronics，2008，24(5)：2310-2318.”所研究的升降压变换器输入输出电流连续，但包含两个独立的电感，变换器体积重量大。同时，上述升降压变换器只能实现单个输入源到负载的功率变换，不能同时实现多个输入源和负载之间的功率变换。另一方面，在单输入升降压变换器中升压电路中开关管电流应力大，尤其不适合低压大电流应用场合。
发明内容
发明目的：
本发明针对现有技术的不足，提供一种并联式多输入耦合电感升降压变换器。
技术方案：
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
该变换器由N个升压电路、1个降压电路(20)和负载(Ro)组成，N为大于1的自然数，其中：
所述N个升压电路中的每个升压电路均是由输入源、滤波电感、开关管、二极管组成，输入源的正极连接滤波电感的①端，滤波电感的②端分别连接开关管的漏极和二极管的阳极，开关管的源极与输入源的负极相连，所述二极管的阴极构成升压电路的正输出端，所述输入源的负极构成升压电路的负输出端；
所述N个升压电路的输出端彼此并联连接，N个升压电路共用一个滤波电容(Cm)，滤波电容(Cm)的两端分别与N个升压电路的正、负输出端相连。
所述降压电路(20)由第一开关管(Qo)、第一二极管(Do)、N个滤波电感(Lo-1、Lo-2……Lo-N)和第一滤波电容(Co)组成，所述N个滤波电感中的第K个滤波电感(Lo-K)的①端与第(K+1)个滤波电感(Lo-(K+1))的②端相连，其中K为小于N的自然数，第一开关管(Qo)的漏极与N个升压电路的正输出端相连，第一开关管(Qo)的源极分别与第一二极管(Do)的阴极以及第一滤波电感(Lo-1)的②端相连，第N滤波电感(Lo-N)的①端分别与第一滤波电容(Co)的一端和负载(Ro)的一端相连，负载(Ro)的另一端分别与第一滤波电容(Co)的另一端、第一二极管(Do)的阳极以及N个升压的负输出端相连；
所述N个升压电路中，第J个升压电路中的滤波电感(Li-J)与降压电路(20)中第J个滤波电感(Lo-J)通过一个磁芯耦合在一起，J为小于等于N的自然数，且第J个升压电路中滤波电感(Li-J)的①端与降压电路(20)中第J个滤波电感(Lo-J)的①端为同名端，第J个升压电路中滤波电感(Li-J)的②端与降压电路(20)中第J个滤波电感(Lo-J)的②端为同名端。
本发明具有如下技术效果：
(1)能够实现多个输入源和负载电压之间的升降压变换，适用于电压宽范围变化的应用场合；
(2)多个输入源共用降压电路形成负载输出端，减少了变换器开关管的数量，简化了电路结构；
(3)升压电路和降压电路中的滤波电感共用电感磁芯，减少了变换器所用磁芯的数量，且能够通过电感耦合改善变换器的动态性能；
(4)多个输入源的电压和负载电压可以各自独立控制，控制简单；
(5)输入端电流连续且脉动较小，多个输入源可同时或分时向负载供电，大大增加了变换器的控制策略，使控制多样化。
附图说明
附图1为本发明变换器的电路结构原理图；
附图2为双输入时本发明变换器的电路结构原理图；
附图3～图9为双输入时本发明变换器各开关模态的等效电路原理图；
以上附图中符号说明：1、2、N-升压电路的编号；20-降压电路；Vin1～VinN-第1～N个升压电路中输入直流源；Lin-1～Lin-1-第1～N个升压电路中滤波电感；Q1～QN-第1～N个升压电路中开关管；D1～DN-第1～N个升压电路中二极管；Cm-升压电路滤波电容；Qo-降压电路中第一开关管；Do-降压电路中第一二极管；Lo-1～Lo-N-降压电路中第1～N个滤波电感；Co-降压电路中滤波电容；Ro-负载；Vo-输出电压。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明采用升压电路与降压电路级联的方式实现输入源和负载电压之间的升降压变换，以此适应输入源电压宽范围变化的需要；采用升压电路并联的方式实现功率扩展，即每个升压电路的输入可以是同一种类的输入源，也可以是不同种类的输入源，以适应分布式发电***的应用要求，同时降低了单个升压电路中开关管电流应力；每个升压电路独立控制，降低每个升压电路的实现难度，并改善变换器的整体效率；通过将升压电路和降压电路中滤波电感彼此耦合的方式，减小变换器中磁性元器件的数目，减小变换器的体积、重量，滤波电感之间彼此耦合还能够彼此抵消电感中的高频纹波，提高变换器的动态性能。
如附图1所示，该变换器由N个升压电路、1个降压电路(20)和负载(Ro)组成，N为大于1的自然数，其中：所述N个升压电路中的每个升压电路均是由输入源、滤波电感、开关管、二极管组成，输入源的正极连接滤波电感的①端，滤波电感的②端分别连接开关管的漏极和二极管的阳极，开关管的源极与输入源的负极相连，所述二极管的阴极构成升压电路的正输出端，所述输入源的负极构成升压电路的负输出端；所述N个升压电路的输出端彼此并联连接，N个升压电路共用一个滤波电容(Cm)，滤波电容(Cm)的两端分别与N个升压电路的正、负输出端相连。所述降压电路(20)由第一开关管(Qo)、第一二极管(Do)、N个滤波电感(Lo-1、Lo-2……Lo-N)和第一滤波电容(Co)组成，所述N个滤波电感中的第K个滤波电感(Lo-K)的①端与第(K+1)个滤波电感(Lo-(K+1))的②端相连，其中K为小于N的自然数，第一开关管(Qo)的漏极与N个升压电路的正输出端相连，第一开关管(Qo)的源极分别与第一二极管(Do)的阴极以及第一滤波电感(Lo-1)的②端相连，第N滤波电感(Lo-N)的①端分别与第一滤波电容(Co)的一端和负载(Ro)的一端相连，负载(Ro)的另一端分别与第一滤波电容(Co)的另一端、第一二极管(Do)的阳极以及N个升压的负输出端相连；所述N个升压电路中，第J个升压电路中的滤波电感(Li-J)与降压电路(20)中第J个滤波电感(Lo-J)通过一个磁芯耦合在一起，J为小于等于N的自然数，且第J个升压电路中滤波电感(Li-J)的①端与降压电路(20)中第J个滤波电感(Lo-J)的①端为同名端，第J个升压电路中滤波电感(Li-J)的②端与降压电路(20)中第J个滤波电感(Lo-J)的②端为同名端。
下面以双输入为例，并结合附图2～附图9对本发明变换器的工作原理进行具体分析。
当变换器工作时：两个升压电路都可以工作于升压或非升压工作状态，当升压电路工作与升压状态时，对应升压电路中的开关管处于开关状态，当升压电路工作于非升压状态时，对应升压电路中的开关管保持关断状态；降压电路可以工作于降压或非降压工作状态，当降压电路工作于降压状态时，对应开关管处于开关状态，当降压电路工作于非降压状态时，对应开关管处于一直导通状态。
根据升压电路和降压电路的工作状态，变换器共有8种工作状态。
工作状态1：升压电路1工作于升压状态，升压电路2工作于升压状态，降压电路工作于降压状态，此时附图2中的开关管Q1、Q2和Qo都工作于开关状态。
工作状态2：升压电路1工作于升压状态，升压电路2工作于升压状态，降压电路工作于非降压状态，此时附图2中的开关管Q1、Q2工作于开关状态，开关管Qo一直导通，等效电路如附图3所示。
工作状态3：升压电路1工作于升压状态，升压电路2工作于非升压状态，降压电路工作于降压状态，此时附图2中的开关管Q1、Qo工作于开关状态，开关管Q2一直关断，等效电路如附图4所示。
工作状态4：升压电路1工作于升压状态，升压电路2工作于非升压状态，降压电路工作于非降压状态，此时附图2中的开关管Q1工作于开关状态，开关管Q2一直关断，开关管Qo一直导通，等效电路如附图5所示。
工作状态5：升压电路1工作于非升压状态，升压电路2工作于升压状态，降压电路工作于降压状态，此时附图2中的开关管Q2和Qo工作于开关状态、开关管Q1一直关断，等效电路如图6所示。
工作状态6：升压电路1工作于非升压状态，升压电路2工作于升压状态，降压电路工作于非降压状态，此时附图2中的开关管Q2工作于开关状态，开关管Q1一直关断，开关管Qo一直导通，等效电路如附图7所示。
工作状态7：升压电路1工作于非升压状态，升压电路2工作于非升压状态，降压电路工作于降压状态，此时附图2中的开关管Qo工作于开关状态，开关管Q1、Q2一直关断，等效电路如附图8所示。
工作状态8：升压电路1工作于非升压状态，升压电路2工作于非升压状态，降压电路工作于非降压状态，此时附图2中的开关管Q1和Q2一直关断，开关管Qo一直导通，等效电路如附图9所示。
由以上分析可知，变换器的输入端和输出端可以各自独立控制，变换器的控制策略可以有多种选择，输入源可以通过升压变换向负载供电，可以通过降压变换向负载供电，也可以通过升降压变换向负载供电。
Claims (1)
1.一种并联式多输入耦合电感升降压变换器，其特征在于：
该变换器由N个升压电路、滤波电容(Cm)、1个降压电路(20)和负载(Ro)组成，N为大于1的自然数，其中：
所述N个升压电路中的每个升压电路均是由输入源、滤波电感、开关管、二极管组成，输入源的正极连接滤波电感的①端，滤波电感的②端分别连接开关管的漏极和二极管的阳极，开关管的源极与输入源的负极相连，所述二极管的阴极构成升压电路的正输出端，所述输入源的负极构成升压电路的负输出端；
所述N个升压电路的输出端彼此并联连接，N个升压电路共用一个滤波电容(Cm)，滤波电容(Cm)的两端分别与N个升压电路的正、负输出端相连；
所述降压电路(20)由第一开关管(Qo)、第一二极管(Do)、N个滤波电感(Lo-1、Lo-2……Lo-N)和第一滤波电容(Co)组成，所述N个滤波电感中的第K个滤波电感(Lo-K)的①端与第(K+1)个滤波电感(Lo-(K+1))的②端相连，其中K为小于N的自然数，第一开关管(Qo)的漏极与N个升压电路的正输出端相连，第一开关管(Qo)的源极分别与第一二极管(Do)的阴极以及第一滤波电感(Lo-1)的②端相连，第N滤波电感(Lo-N)的①端分别与第一滤波电容(Co)的一端和负载(Ro)的一端相连，负载(Ro)的另一端分别与第一滤波电容(Co)的另一端、第一二极管(Do)的阳极以及N个升压电路的负输出端相连；
所述N个升压电路中，第J个升压电路中的滤波电感(Li-J)与降压电路(20)中第J个滤波电感(Lo-J)通过一个磁芯耦合在一起，J为小于等于N的自然数，且第J个升压电路中滤波电感(Li-J)的①端与降压电路(20)中第J个滤波电感(Lo-J)的①端为同名端，第J个升压电路中滤波电感(Li-J)的②端与降压电路(20)中第J个滤波电感(Lo-J)的②端为同名端。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210063240.7A CN103312153B (zh) | 2012-03-12 | 2012-03-12 | 一种并联式多输入耦合电感升降压变换器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210063240.7A CN103312153B (zh) | 2012-03-12 | 2012-03-12 | 一种并联式多输入耦合电感升降压变换器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103312153A CN103312153A (zh) | 2013-09-18 |
| CN103312153B true CN103312153B (zh) | 2016-04-27 |
Family
ID=49137032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210063240.7A Expired - Fee Related CN103312153B (zh) | 2012-03-12 | 2012-03-12 | 一种并联式多输入耦合电感升降压变换器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103312153B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104155892B (zh) * | 2014-07-11 | 2017-03-01 | 深圳市浩博高科技有限公司 | 利用单片机io口微弱能量收集技术的电路和方法 |
| CN104218793A (zh) * | 2014-09-26 | 2014-12-17 | 天津世冠自动化科技有限公司 | 一种新型多源输入双向dc/dc变换器 |
| CN105785295B (zh) * | 2016-04-19 | 2019-05-03 | 鑫高益医疗设备股份有限公司 | 一种基于多级耦合电感优化设计的梯度功率放大器 |
| CN105939110A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-09-14 | 吉林大学 | 一种具有多路输入处理能力的直流斩波装置 |
| CN109713901A (zh) * | 2019-01-10 | 2019-05-03 | 江苏工程职业技术学院 | 一种Boost端耦合电感式升降压变换电路及控制方法 |
| CN117674584A (zh) * | 2022-09-01 | 2024-03-08 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种功率因数校正变换器和一种开关电源 |
| CN117595649A (zh) * | 2023-11-27 | 2024-02-23 | 深圳市迪威电气有限公司 | 一种多端口输入非隔离型直流变换器及其控制方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101626212A (zh) * | 2009-07-31 | 2010-01-13 | 东南大学 | 基于废热和光伏发电的混合动力电动汽车辅助电源装置 |
| CN102064705A (zh) * | 2011-01-19 | 2011-05-18 | 南京航空航天大学 | 单原边绕组电流源型多输入全桥变换器 |
| CN102290985A (zh) * | 2011-08-12 | 2011-12-21 | 南京航空航天大学 | 一种耦合电感升降压直流变换器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7375985B2 (en) * | 2006-03-17 | 2008-05-20 | Yuan Ze University | High efficiency single stage bidirectional converter |
| CN101976953B (zh) * | 2010-09-17 | 2012-08-15 | 浙江大学 | 耦合电感实现隔离型双向直流-直流变换器 |
-
2012
- 2012-03-12 CN CN201210063240.7A patent/CN103312153B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101626212A (zh) * | 2009-07-31 | 2010-01-13 | 东南大学 | 基于废热和光伏发电的混合动力电动汽车辅助电源装置 |
| CN102064705A (zh) * | 2011-01-19 | 2011-05-18 | 南京航空航天大学 | 单原边绕组电流源型多输入全桥变换器 |
| CN102290985A (zh) * | 2011-08-12 | 2011-12-21 | 南京航空航天大学 | 一种耦合电感升降压直流变换器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103312153A (zh) | 2013-09-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103312153B (zh) | 一种并联式多输入耦合电感升降压变换器 | |
| CN102223068B (zh) | 一种组合式直流-直流变换器 | |
| CN102624234B (zh) | 一种全桥三端口直流变换器及其控制方法 | |
| CN102035382B (zh) | 单磁芯三端口直流变换器 | |
| CN103490628B (zh) | 一种单相高增益升压变换器 | |
| CN102723888B (zh) | 一种三端口全桥逆变器及其控制方法 | |
| CN111371316B (zh) | 一种基于耦合电感的零输入纹波高增益直流变换器 | |
| CN201699584U (zh) | 用于太阳能分布式发电的高效率升压型变换器 | |
| CN101834529B (zh) | 降压式副边调整三端口直流变换器 | |
| CN101860218B (zh) | 一种三端口直流变换器 | |
| CN103219912B (zh) | 适合宽输入电压升降压并网逆变器的控制方法 | |
| CN209659178U (zh) | 一种新型倍压-z源逆变器 | |
| CN205377786U (zh) | 一种双降压式光伏发电*** | |
| CN104811075B (zh) | 一种组合变换器的控制方法 | |
| CN103312154B (zh) | 一种串联式多输入耦合电感升降压变换器 | |
| CN109672332A (zh) | 一种单管高增益零纹波dc-dc变换器 | |
| CN103236788B (zh) | 自举式双输入直流变换器 | |
| CN203301366U (zh) | 一种新型风光互补双输入sepic dc-dc变换器 | |
| CN102611304A (zh) | 一种新型双输入Buck-Boost直流变换器 | |
| CN204696953U (zh) | 一种适用于光伏发电的z源逆变器 | |
| CN103929087A (zh) | 一种高效率高功率因数的双向ac-dc变换器 | |
| CN110943617A (zh) | 一种双开关型dc/dc变换器电路拓扑结构 | |
| CN203590025U (zh) | 一种单开关高增益升压变换器 | |
| CN202798466U (zh) | 一种隔离型基于三端口功率变换器的新能源供电设备 | |
| CN102545637A (zh) | 升降压式副边调整三端口直流变换器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Junjun Inventor after: Wu Hongfei Inventor after: Xing Yan Inventor after: Wang Jingjing Inventor before: Zhang Junjun Inventor before: Wu Hongfei Inventor before: Xing Yan |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160427 Termination date: 20200312 |