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CN104201888B - 一种对称结构变换器的电流控制方法 - Google Patents

一种对称结构变换器的电流控制方法 Download PDF

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CN104201888B CN201410468699.4A CN201410468699A CN104201888B CN 104201888 B CN104201888 B CN 104201888B CN 201410468699 A CN201410468699 A CN 201410468699A CN 104201888 B CN104201888 B CN 104201888B
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姚志垒
徐静
彭思敏
阚加荣
陈冲
李小凡
陆广平
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Zhejiang Chuangjia Electromechanical Equipment Co ltd
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Yangcheng Institute of Technology
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Abstract

本发明公布了一种对称结构的直流变换器装置，包括：2个输入电源V1、V2，1个输入电容C1并在其两端产生调节电压Uc，1个输出电容C2并在其两端产生输出电压Vo，2个储能电感L1、L2和3个开关管，该直流变换器通过第一～第三开关管的接通和关断，在输入电容C1上产生的调节电压Uc，并且所述调节电压Uc与输入电源V1产生的输入电流I1和输入电压V2产生的输入电流I2共同作用产生输出电流IC到输出电容C2，且不同的开关组合可使输出电流IC增大或减小，并基于该直流变换器装置提出了输出电流IC的调节控制方法。本发明的直流变换器的输入电流和输出电压的纹波较小，有利于延长输入电源的使用寿命，结构简单、所需开关器件较少，损耗小，效率高，能有效提高了变换器的性能和降低成本，且输出电流可控。

Description

一种对称结构变换器的电流控制方法
技术领域
本发明涉及一种变换器的电流控制方法，尤其是一种对称结构直流变换器的电流控制方法。
背景技术
近年来，能源的短缺和环境的污染已经成为世界的焦点，可再生能源的发展和应用受到世界各国的广泛关注。在可再生能源发电系统中，许多可再生能源发出的电能都是电压较低的直流电，而向电网送电需要电压较高的直流电，因此需要直流—直流变换器把低电压直流电转换为适合并网的高电压直流电。在清洁能源电动汽车领域中，往往需要将电池提供的低压单一的直流电转换为不同电压值的高压直流电，这就在DC-DC转换中的效率和输出直流电压的稳定性方面有很高的要求。所以低输出电压纹波、高增益、高效率的变换器在可再生能源并网发电和清洁能源电动汽车应用领域里有着非常重要的作用。为了将光伏或燃料电池阵列的电压提升到并网逆变器所需直流母线电压，通常将光伏或燃料电池阵列进行串联，然后采用BOOST或两相交错并联BOOST电路进行升压，这两种结构变换器的升压变比相等，当输入电压较低时，为了达到较高的输出电压，其开关导通占空比就会接近于1，这样一方面会降低变换器的效率，同时开关频率也不易进一步提高。为了达到更高的升压变比，也有文献提出将两个BOOST升压变换器直接级联作为前级变换器，这样增加了系统的级数和控制的复杂性，不利于系统效率的提高和性能的改善，因此研究新型高性能且具有更大升压变比的直流-直流变换器来满足后级并网逆变器的需要，有着重要的理论意义和应用价值。
如公开文献(CN102223068B)公开的一种组合式直流-直流变换器，包括两个直流输入电源(Vin1、Vin2)(1)，可以是光伏电池或燃料电池、两个完全对称的升压变换器模块②和③)组成。升压变换器模块②由两个升压电感(L1、L3)、两个功率开关管(Q1、Q3)、四个单向整流二极管(D1～D4)、两个中间储能电容(C1、C3)、一个输出滤波电容(Co1)组成；升压变换器模块③由两个升压电感(L2、L4)、两个功率开关管(Q2、Q4)、四个单向整流二极管(D5～D8)、两个中间储能电容(C2、C4)、一个输出滤波电容(Co2)组成。将Q1、Q2看作一组同步开关，用同一个驱动信号1驱动，Q3、Q4为一组同步开关，用一个驱动信号2驱动；采用驱动信号互补的方法控制两组开关管。但其结构、控制复杂，所需的开关器件较多，且输出电流不可调节，造成变换器成本较高，不利于推广应用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中变换器结构的缺点，提出一种结构简单、所需开关器件较少的对称结构的直流变换器，且损耗较小，变换器转换效率高，并基于该变换器提出一种输出电流可调节的电流控制方法。
本发明的对称结构的直流变换器包括：2个输入电源V1、V2，1个输入电容C1并在其两端产生调节电压Uc，1个输出电容C2并在其两端产生输出电压Vo，2个储能电感L1、L2和3个开关管，其采用对称结构设置，具体拓扑结构为：输入电源V1的负极连接输入电容C1的下端，输入电源V1的正极连接第一开关管S1的一端，输入电源V2的正极连接输入电容C1的上端，输入电容C1的上端连接第一储能电感L1的一端，输入电容C1的下端连接第二储能电感L2的一端，第一储能电感L1的另一端连接第一开关管S1的另一端，且该连接点连接第二开关管S2的一端，第二储能电感L2的另一端连接第二开关管S2的另一端，且该连接点连接第三开关管S3的一端，第三开关管S3的另一端连接输入电源V2的负极，输出电容C2正端连接输入电源V1的正极，输出电容C2的负端连接输入电源V2的负极，第一～第三开关管均具有反并联二极管，该直流变换器通过第一～第三开关管的接通和关断，在输入电容C1上产生的调节电压Uc，并且所述调节电压Uc与输入电源V1产生的输入电流I1和输入电源V2产生的输入电流I2共同作用产生输出电流IC到输出电容C2，且不同的开关组合可使输出电流IC增大或减小。
当调节电压Uc为上正下负时，第二开关管S2导通，第一开关管S1、第三开关管S3关断，输入电容C1、第一储能电感L1、第二储能电感L2形成环流，并在第一储能电感L1上产生第一储能电流IL1，在第二储能电感L2上产生第二储能电流IL2；在第二开关管S2关断的情况下，第一开关管S1和第三开关管S3导通，储存在第一储能电感和第二储能电感中的储能电流IL1、IL2经过第一开关管S1和第三开关管S3流向输出电容C2，与此同时，输入电流I1和输入电流I2也从输入电源V1、V2直接流向输出电容C2，达到输出电压的目的，此时流向输出电容的输出电流IC将由于IL1和IL2的分流相应的增加。
当调节电压Uc为上负下正时，第一开关管S1、第三开关管S3导通，第二开关管S2关断，与调节电压Uc上正下负时候相比，在输入电源V1、V2和输入电容C1的作用下将在第一储能电感L1上产生相反的第一储能电流IL1和在第二储能电感L2上产生相反的第二储能电流IL2，并存储于储能电感L1、L2中，接下来，第一开关管S1、第三开关管S3关断，第二开关管S2导通时候，在第一储能电流IL1和在第二储能电感L2中存储的储能电流IL1和IL2经过第二开关管S2流向输入电容C1，与此同时，输入电流I1和输入电流I2从输入电源V1、V2直接流向输出电容C2，达到输出电压的目的，此时流向输出电容的输出电流IC将由于IL1和IL2的分流相应的减少。
第一～第三开关管可为IGBT或MOSFET等大功率开关器件。输入电源V1、V2同为蓄电池、燃料电池或光伏电池等新型储能电源中的一种或所述输入电源V1为蓄电池、输入电源V2为光伏电池或者所述输入电源V1、V2为蓄电池、燃料电池或光伏电池三种中的任意两种的组合。
本发明的直流变换器的输入电流和输出电压的纹波较小，有利于延长输入电源的使用寿命，结构简单、所需开关器件较少，损耗小，效率高，能有效提高了变换器的性能和降低成本，且输出电流可控。
附图说明
图1：现有的对称结构的变换器的拓扑结构图；
图2：本发明的对称结构的直流变换器的拓扑结构图。
具体实施方式
由图2可知，本申请的直流变换器包括2个输入电源V1、V2，1个输入电容C1并在其两端产生调节电压Uc，1个输出电容C2并在其两端产生输出电压Vo，2个储能电感L1、L2和3个开关管，其采用对称结构设置，具体拓扑结构为：输入电源V1的负极连接输入电容C1的下端，输入电源V1的正极连接第一开关管S1的一端，输入电源V2的正极连接输入电容C1的上端，输入电容C1的上端连接第一储能电感L1的一端，输入电容C1的下端连接第二储能电感L2的一端，第一储能电感L1的另一端连接第一开关管S1的另一端，且该连接点连接第二开关管S2的一端，第二储能电感L2的另一端连接第二开关管S2的另一端，且该连接点连接第三开关管S3的一端，第三开关管S3的另一端连接输入电源V2的负极，输出电容C2正端连接输入电源V1的正极，输出电容C2的负端连接输入电源V2的负极，第一～第三开关管均具有反并联二极管，第一～第三开关管可为IGBT或MOSFET等大功率开关器件。输入电源V1、V2为蓄电池、燃料电池或光伏电池等新型储能电源。
本申请的直流变换器通过第一～第三开关管的接通和关断，在输入电容C1上产生的调节电压Uc，并且配合输入电源V1产生的输入电流I1和输入电源V2产生的输入电流I2输出到输出电容C2。
当调节电压Uc为上正下负时，第二开关管S2导通，第一开关管S1、第三开关管S3关断，输入电容C1、第一储能电感L1、第二储能电感L2形成环流，并在第一储能电感L1上产生第一储能电流IL1，在第二储能电感L2上产生第二储能电流IL2；在第二开关管S2关断的情况下，第一开关管S1和第三开关管S3导通，储存在第一储能电感和第二储能电感中的储能电流IL1、IL2经过第一开关管S1和第三开关管S3流向输出电容C2，与此同时，输入电流I1和输入电流I2也从输入电源V1、V2直接流向输出电容C2，达到输出电压的目的，此时流向输出电容的输出电流IC将由于IL1和IL2的分流相应的增加。
当调节电压Uc为上负下正时，第一开关管S1、第三开关管S3导通，第二开关管S2关断，与调节电压Uc上正下负时候相比，在输入电源V1、V2和输入电容C1的作用下将在第一储能电感L1上产生相反的第一储能电流IL1和在第二储能电感L2上产生相反的第二储能电流IL2，并存储于储能电感L1、L2中，接下来，第一开关管S1、第三开关管S3关断，第二开关管S2导通时候，在第一储能电流IL1和在第二储能电感L2中存储的储能电流IL1和IL2经过第二开关管S2流向输入电容C1，与此同时，输入电流I1和输入电流I2从输入电源V1、V2直接流向输出电容C2，达到输出电压的目的，此时流向输出电容的输出电流IC将由于IL1和IL2的分流相应的减少。
第一～第三开关管可为IGBT或MOSFET等大功率开关器件。输入电源V1、V2同为蓄电池、燃料电池或光伏电池等新型储能电源中的一种或所述输入电源V1为蓄电池、输入电源V2为光伏电池或者所述输入电源V1、V2为蓄电池、燃料电池或光伏电池三种中的任意两种的组合。

Claims (5)

1.一种对称结构的直流变换器的电流控制方法，包括输入电源V1、V2，输入电容C1并在其两端产生调节电压Uc，输出电容C2并在其两端产生输出电压Vo，储能电感L1、L2和第一～第三开关管S1、S2、S3，该直流变换器采用对称结构设置，具体拓扑结构为：输入电源V1的负极连接输入电容C1的下端，输入电源V1的正极连接第一开关管S1的一端，输入电源V2的正极连接输入电容C1的上端，输入电容C1的上端连接第一储能电感L1的一端，输入电容C1的下端连接第二储能电感L2的一端，第一储能电感L1的另一端连接第一开关管S1的另一端，且该连接点连接第二开关管S2的一端，第二储能电感L2的另一端连接第二开关管S2的另一端，且该连接点连接第三开关管S3的一端，第三开关管S3的另一端连接输入电源V2的负极，输出电容C2正端连接输入电源V1的正极，输出电容C2的负端连接输入电源V2的负极，第一～第三开关管均具有反并联二极管；该直流变换器通过第一～第三开关管的接通和关断，在输入电容C1上产生的调节电压Uc，并且所述调节电压Uc与输入电源V1产生的输入电流I1和输入电源V2产生的输入电流I2共同作用产生输出电流IC到输出电容C2，且不同的开关组合可使输出电流IC增大或减小；
所述输出电流IC增大过程为：当调节电压Uc为上正下负时，第二开关管S2导通，第一开关管S1、第三开关管S3关断，输入电容C1、第一储能电感L1、第二储能电感L2形成环流，并在第一储能电感L1上产生第一储能电流IL1，在第二储能电感L2上产生第二储能电流IL2；在第二开关管S2关断的情况下，第一开关管S1和第三开关管S3导通，储存在第一储能电感和第二储能电感中的储能电流IL1、IL2经过第一开关管S1和第三开关管S3流向输出电容C2，与此同时，输入电流I1和输入电流I2也从输入电源V1、V2直接流向输出电容C2，达到输出电压的目的，此时流向输出电容的输出电流IC将由于IL1和IL2的分流相应的增加；
所述输出电流IC减小过程为：当调节电压Uc为上负下正时，第一开关管S1、第三开关管S3导通，第二开关管S2关断，与调节电压Uc上正下负时候相比，在输入电源V1、V2和输入电容C1的作用下将在第一储能电感L1上产生相反的第一储能电流IL1和在第二储能电感L2上产生相反的第二储能电流IL2，并存储于储能电感L1、L2中，接下来，第一开关管S1、第三开关管S3关断，第二开关管S2导通时候，在第一储能电感L1和在第二储能电感L2中存储的储能电流IL1和IL2经过第二开关管S2流向输入电容C1，与此同时，输入电流I1和输入电流I2从输入电源V1、V2直接流向输出电容C2，达到输出电压的目的，此时流向输出电容的输出电流IC将由于IL1和IL2的分流相应的减少。
2.根据权利要求1所述的对称结构的直流变换器的电流控制方法，所述第一～第三开关管为IGBT或MOSFET。
3.根据权利要求1所述的对称结构的直流变换器的电流控制方法，所述输入电源V1、V2同为蓄电池、燃料电池或光伏电池中的一种。
4.根据权利要求1所述的对称结构的直流变换器的电流控制方法，所述输入电源V1为光伏电池、输入电源V2为蓄电池。
5.根据权利要求1所述的对称结构的直流变换器的电流控制方法，所述输入电源V1、V2为蓄电池、燃料电池或光伏电池三种中的任意两种的组合。
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