CN109302072B - 串联输入多端口输出的谐振式直流变换器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种串联输入多端口输出的谐振式直流变换器及其控制方法，将多个半桥谐振式直流变换器子模块在输入端采用串联结构，降低了功率开关管的电压应力；n个功率开关管最多可实现n(n+2)/4路独立输出，实现了功率开关管的最大利用率；所有功率开关管采用统一开关频率控制，降低了控制难度；所有功率开关管和高频整流二极管实现软开关，提高了变换器效率；变换器只存在一级功率变换，解决了多级变换带来的效率降低问题。

Description

串联输入多端口输出的谐振式直流变换器及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种串联输入多端口输出的谐振式直流变换器及其控制方法，适合于多电压等级直流配电网应用场合。
背景技术
由于新能源的大力开发利用与电力电子技术的发展及能源互联网的推动，直流电网技术发展迅速。现有研究表明，直流电网技术是解决跨区域、大范围电力传输及分配、大规模广域分布式新能源开发和利用等问题的有效途径，可极大缓解大电网与分布式能源之间的矛盾，充分发挥分布式能源的效益。发展直流电网已得到世界各国专家及学者的广泛关注与认可。
国内外在低压直流电网研究方向中有多种应用于不同场景的小型直流电网实验或示范项目。英国的“Project Sola Bristol”项目采用低压直流配电***，以光伏为主供电电源，采用单母线集成结构用于解决低压配电网络采用光伏发电时可能出现的技术限制；日本的直流供电智能社区项目采用直流供电***，用可再生能源为供电电源，采用单母线集成结构用于办公建筑用高效直流供电***开发；我国的“智能直流微网生活实验室”项目进行低压直流电网的设计、建模、控制、协调、通信及管理的研究。
目前主流低压直流电网集成拓扑主要分为四类，即单母线结构、双极型母线结构、冗余式母线结构和分层母线结构。在单母线结构、双极型母线结构和冗余式母线结构中，直流源与负荷通常均需经相应的变换器后与公共直流母线相连，存在功率变换器数量多、变换器需要独立控制、多级功率变换效率低、多个功率变换器之间需要协调控制等问题，分层式母线结构中也存在类似的问题。因此研究一个功率变换器数量少、变换器统一控制、功率变换级数少的多输出低压直流变换器具有十分重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种串联输入多端口输出的谐振式直流变换器及其控制方法，解决多级变换带来的效率降低问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种串联输入多端口输出的谐振式直流变换器，包括多个半桥谐振式直流变换器子模块；每个所述半桥谐振式直流变换器子模块均包括两个功率开关管和一个直流电容，所述直流电容与所述两个功率开关管所在支路并联；相邻的两个半桥谐振式直流变换器子模块共用一个功率开关管；所有的半桥谐振式直流变换器子模块串联后形成多个交流输入端口，所述交流输入端口接入谐振网络；所述谐振网络经过高频变压器、整流桥和滤波电容得到多个独立的直流电压输出。
所述交流输入端口电压为方波，端口号之差为奇数；对于端口号之差为2j+1的交流输入端口，其端口输入电压幅值为(j+1)Vin/n，其中Vin为入电压，n为功率开关管数量。
每个谐振网络的串联谐振频率frjk均相同，
Figure BDA0001838027470000021
其中j、k为端口编号，Lrjk、Crjk为以j、k为端口谐振网络的谐振电感和谐振电容。
所述高频变压器的变比与输出电压成正比。
所述整流桥为全桥或半桥结构。
相应的，本发明还提供了一种串联输入多端口输出的谐振式直流变换器的控制方法，该方法主要实现过程包括：
当串联输入多端口输出的谐振式直流变换器运行在开环模式中，相邻两个功率开关管的控制信号相反，开关信号频率fs与串联谐振频率fr相同，满占空比运行；此时所述串联输入多端口输出的谐振式直流变换器工作在串联谐振点，实现了所有功率开关管和高频整流二极管的软开关，每个输出端口电压由变压器变比和端口号之差决定；
当所述串联输入多端口输出的谐振式直流变换器运行在变频控制中，控制器采用多个输出电压闭环控制，通过将每个输出端口电压的参考值Vrefjk与采样得到的每个输出端口电压Vojk作差后送入PI控制器，将每个PI控制器的输出相加得到压控振荡器的参考值，将压控振荡器的输出接过零比较器可得功率开关管的开关信号。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明输入端采用了串联结构，降低了功率开关管的电压应力；n个功率开关管最多可实现n(n+2)/4路独立输出，实现了功率开关管的最大利用率；所有功率开关管采用统一开关频率控制，降低了控制难度；所有功率开关管和高频整流二极管实现软开关，提高了变换器效率；变换器只存在一级功率变换，解决了多级变换带来的效率降低问题。
附图说明
图1为直流变换器结构图；(a)是多电压等级直流电网级联结构；(b)为并联结构；(c)为本发明所提结构；
图2是本发明拓扑整体结构图；
图3是本发明拓扑结构中的整流桥部分；
图4是本发明拓扑结构控制框图；(a)为开环控制框图；(b)为变频控制框图。
具体实施方式
如图2和图3所示，本发明包括多个半桥谐振式直流变换器子模块，其中每个子模块包括两个功率开关管和一个直流电容，相邻的两个子模块共用一个功率开关管，子模块串联后形成多个交流输入端口，交流输入端口接入谐振网络，再经过高频变压器、整流桥和滤波电容得到多个独立的直流电压输出。所述变换器控制方法可以为开环控制、变频控制等。所述半桥谐振式直流变换器子模块包括一个电容、两个串联的功率开关管及与每个功率开关管反向并联的二极管，所述电容与功率开关管所在支路并联。相邻的两个子模块共用一个功率开关管，子模块串联共同承受输入电压。所述交流输入端为端口号之差为2j+1的交流输入端口，其端口输入电压幅值为(j+1)Vin/n的方波。所述每个谐振网络的串联谐振频率均相同。所有功率开关管采用同一开关频率控制，开关频率等于串联谐振频率fr，保证了所有功率开关管和高频整流二极管的软开关。所述高频变压器的变比与输出电压成正比。所述整流桥结构可以为半桥或者全桥结构。
参照图2，本发明提出的串联输入多端口输出的谐振式直流变换器的输入端直接与中压直流母线相连，经过一级变换即可得到多个电压等级的输出端口，可供不同电压等级的直流负载使用。
参照图2所示串联输入多端口输出的谐振式直流变换器拓扑结构，每个半桥子模块包括一个电容、两个串联的功率开关管及与每个功率开关管反向并联的二极管。相邻的两个子模块共用一个功率开关管，子模块串联共同承受输入电压。稳态时每个电容电压相等，为输入电压的1/2n。端口号之差为为2j+1的端口输入电压幅值为(j+1)Vin/n的方波，用于能量传输。每个输入端口接入谐振网络，由于所有功率开关管采用相同的开关频率，故要求所有子模块的串联谐振频率相同。
参照图2所示串联输入多端口输出的谐振式直流变换器拓扑结构中的高频变压器变比与输出电压成正比，参照图3所示后级整流桥结构可以为全波整流结构也可以是全桥整流结构。输出滤波电容可以根据负载情况选取。
参照图4所示串联输入多端口输出的谐振式直流变换器控制方法，(a)为开环控制框图，相邻的功率开关管开关信号互补，开关频率与谐振网络的串联谐振频率相同。(b)为变频控制框图，通过将每个输出端口电压的参考值Vrefjk与采样得到的每个输出端口电压Vojk作差后送入PI控制器，将每个PI控制器的输出相加得到压控振荡器的参考值，通过选择合适的基准频率和压频敏感系数可以改变压控振荡器的输出频率，将压控振荡器的输出接过零比较器即可得功率开关管的开关信号。

Claims (5)

1.一种串联输入多端口输出的谐振式直流变换器，其特征在于，包括多个半桥谐振式直流变换器子模块；每个所述半桥谐振式直流变换器子模块均包括两个功率开关管和一个直流电容，所述直流电容与所述两个功率开关管所在支路并联；相邻的两个半桥谐振式直流变换器子模块共用一个电容；所有的半桥谐振式直流变换器子模块串联后形成多个交流输入端口，所述交流输入端口接入谐振网络；所述谐振网络经过高频变压器、整流桥和滤波电容得到多个独立的直流电压输出；所述交流输入端口电压为方波，端口号之差为奇数；对于端口号之差为2j+1的交流输入端口，其端口输入电压幅值为(j+1)Vin/n，其中Vin为入电压，n为功率开关管数量；j为端口编号。
2.根据权利要求1所述的串联输入多端口输出的谐振式直流变换器，其特征在于，每个谐振网络的串联谐振频率frjk均相同，
Figure FDA0002606762550000011
其中j、k为端口编号，Lrjk、Crjk为以j、k为端口谐振网络的谐振电感和谐振电容。
3.根据权利要求1所述的串联输入多端口输出的谐振式直流变换器，其特征在于，所述高频变压器的变比与输出电压成正比。
4.根据权利要求1所述的串联输入多端口输出的谐振式直流变换器，其特征在于，所述整流桥为全桥或半桥结构。
5.一种权利要求1～4之一所述串联输入多端口输出的谐振式直流变换器的控制方法，其特征在于，该方法主要实现过程包括：
当串联输入多端口输出的谐振式直流变换器运行在开环模式中，相邻两个功率开关管的控制信号相反，开关信号频率fs与串联谐振频率fr相同，满占空比运行；此时所述串联输入多端口输出的谐振式直流变换器工作在串联谐振点，实现了所有功率开关管和高频整流二极管的软开关，每个输出端口电压由变压器变比和端口号之差决定；
当所述串联输入多端口输出的谐振式直流变换器运行在变频控制中，控制器采用多个输出电压闭环控制，通过将每个输出端口电压的参考值Vrefjk与采样得到的每个输出端口电压Vojk作差后送入PI控制器，将每个PI控制器的输出相加得到压控振荡器的参考值，将压控振荡器的输出接过零比较器可得功率开关管的开关信号。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112600435B (zh) * 2020-12-10 2022-08-16 同济大学 一种融合型多端口谐振式功率变换***
CN112615547A (zh) * 2020-12-16 2021-04-06 湖南大学 自动均压开关网络、直流变换器、控制***及控制方法
CN113659852A (zh) * 2021-07-27 2021-11-16 广东志成冠军集团有限公司 开关电容谐振倍压整流变换器及其控制方法、控制***

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5737203A (en) * 1994-10-03 1998-04-07 Delco Electronics Corp. Controlled-K resonating transformer
CN102545628A (zh) * 2011-12-26 2012-07-04 上海交通大学 高压输入-低压输出的变换电路
CN104852588A (zh) * 2015-06-09 2015-08-19 黑龙江大学 适合高压输入多输出场合的辅助电源

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI367623B (en) * 2008-03-14 2012-07-01 Delta Electronics Inc Parallel-connected resonant converter circuit and controlling method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5737203A (en) * 1994-10-03 1998-04-07 Delco Electronics Corp. Controlled-K resonating transformer
CN102545628A (zh) * 2011-12-26 2012-07-04 上海交通大学 高压输入-低压输出的变换电路
CN104852588A (zh) * 2015-06-09 2015-08-19 黑龙江大学 适合高压输入多输出场合的辅助电源

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