CN102611304A - 一种新型双输入Buck-Boost直流变换器 - Google Patents

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廖志凌
施卫东
梅从立
徐艳杰
刘国海
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Abstract

本发明公开了一种新型双输入Buck-Boost直流变换器，直流输入源V in1和直流输入源V in2串联，所述直流输入源V in1的正极接开关管Q 1的漏极，所述开关管Q 1的源极接续流二极管D 1的阴极，所述续流二极管D 1的阳极接负载电阻R Ld的一端，所述负载电阻R Ld的另一端与续流二极管D 2的阴极相连，所述续流二极管D 2的阳极接开关管Q 2的漏极，所述开关管Q 2的源极接直流输入源V in2的负极；分压电容C f1和分压电容C f2串联后并联在负载电阻R Ld两端；储能电感L f的两端分别与开关管Q 1的源极和开关管Q 2的漏极相连；所述分压电容C f1的正极与输入电源V in2的正极相连，该变换器对输入源的性质、幅值和特性无限制，既可工作在单输入状态，又可工作在双输入状态，可提高分布式发电系统的稳定性和灵活性。

Description

一种新型双输入Buck-Boost直流变换器
技术领域
本发明属于电力电子功率变换器技术领域，尤其涉及一种新型双输入Buck-Boost直流变换器。
背景技术
目前，世界能源危机和环境污染非常严重，寻找积极有效的应对措施来解决能源危机和环境污染问题，已成为国内外极为关注的热点之一。而太阳能、风能、生物质能、海洋能等可再生能源具有可靠、清洁无污染、能源丰富的特点，因此成为了补充能源较好的方式。目前，应用较多的可再生能源发电形式有光伏发电、燃料电池供电、风力发电、水力发电、地热发电等等，但均存在电力供应不稳定、不连续、随气候条件变化等缺点，因此需要采用多种能源联合供电的分布式供电系统。
由于分布式供电系统中有多个输入源，每种输入源的电压并不稳定，所以需要直流变换器对电压进行调节。传统的新能源分布式供电系统是应用多个单输入DC/DC变换器，分别将每种形式的能源变成直流，并联在公共的直流母线上，供给直流负载，但这种分布式供电系统普遍存在结构较复杂，且成本较高的缺点。为了简化电路结构、减小系统体积、降低系统成本，可以用一个双输入直流变换器（Multiple-Input Converter，MIC）代替两个单输入直流变换器。近年来，一些国内外学者也提出了一些MIC电路拓扑结构，但普遍存在着电压增益低，调压范围不够大或两输入源不能同时给负载供电的缺点。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种对输入源的性质、幅值和特性无限制，既可工作在单输入状态，又可工作在双输入状态，可提高分布式发电系统的稳定性和灵活性的双输入Buck-Boost直流变换器。
   本发明的技术方案是：2个直流输入源V in1和V in2 ，2只开关管Q 1和Q 2，1个中间储能电感L f，2个续流二极管D 1和D 2，2个输出分压电容C f1和C f2 以及1个负载电阻R Ld 。其中，2个直流输入源 V in1和V in2串联连接，V in1的正极接开关管Q 1的漏极，开关管Q 1的源极接续流二极管D 1的阴极，续流二极管D 1的阳极接负载电阻R Ld的一端，负载电阻R Ld 的另一端与续流二极管D 2 的阴极相连，续流二极管D 2 的阳极接开关管Q 2 的漏极，开关管Q 2 的源极接直流输入源V in2的负极；2个输出分压电容C f1和C f2串联连接后与负载电阻R Ld 并联，输出分压电容C f1的负极接续流二极管D 1的阳极，输出分压电容C f2的正极接续流二极管D 2 的阴极；中间储能电感L f 的两端分别与开关管Q 1的源极和开关管Q 2的漏极相连；输出分压电容C f1的正极与输入电源V in2的正极相连。
本发明有益效果是对输入能源没有限制，输入源的性质、幅值和特性可以相同，也可以差别很大，两种输入源可以分别或同时向负载供电，输入电压范围宽、电压增益大，因此提高了系统的稳定性和灵活性，实现能源的综合利用，并且具有结构简单、体积小、降低系统成本的优点。
附图说明
图1为本发明的电路拓扑原理图；
图2为本发明Q 1和Q 2同时导通的开关模态的等效电路；
图3为本发明Q 1导通，Q 2关断的开关模态的等效电路；
图4为本发明Q 1关断，Q 2导通的开关模态的等效电路；
图5为本发明Q 1和Q 2同时关断的开关模态的等效电路；
图6为本发明电感电流等于零的开关模态的等效电路。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做出进一步说明。
如图1所示，一种双输入Buck-Boost直流变换器电路，包括2个直流输入源V in1和V in2 ，2只开关管Q 1和Q 2，1个中间储能电感L f，2个续流二极管D 1和D 2，2个输出分压电容C f1和C f2 以及1个负载电阻R Ld 。其中，直流输入源 V in1和直流输入源V in2串联连接，直流输入源V in1的正极接开关管Q 1的漏极，开关管Q 1的源极接续流二极管D 1的阴极，续流二极管D 1的阳极接负载电阻R Ld的一端，负载电阻R Ld 的另一端与续流二极管D 2 的阴极相连，续流二极管D 2 的阳极接开关管Q 2 的漏极，开关管Q 2 的源极接直流输入源V in2的负极；2个输出分压电容C f1和C f2串联连接后与负载电阻R Ld 并联，输出分压电容C f1的负极接续流二极管D 1的阳极，输出分压电容C f2的正极接续流二极管D 2 的阴极；中间储能电感L f 的两端分别与开关管Q 1的源极和Q 2的漏极相连；输出分压电容C f1的正极与输入电源V in2的正极相连。
根据附图1具体分析电路的工作模态。其中V in1、V in2和I in1、I  in2分别为两路输入电压和输入电流，V o和I o分别为输出电压和输出电流，Q 1、Q 2为两只开关管，D 1、D 2为续流二极管，L f是中间储能电感，C f1和C f2是两个输出分压电容，其容量很大且相等，R Ld 是负载电阻。Q 1、Q 2可以同时开通，也可以错开一定角度工作。本发明以相同的开关频率和开通时刻为例，介绍其工作原理。根据开关管的工作状态，变换器存在以下4种工作模态。附图2~6给出了本发明的双输入Buck-Boost直流变换器不同工作模态的等效电路。假设电感L f足够大且电流连续，则 
   （1）工作模态Ⅰ。如图2所示，开关管Q 1和开关管Q 2同时导通，续流二极管D 1和续流二极管D 2截止，它们所承担的电压应力均为(V in1+ V in2+V o)/2。负载由两只输出滤波电容供电。两个输入电压之和(V in1+ V in2)全部加在中间储能电感上，电感电流i Lf开始增加。
   （2）工作模态Ⅱ。如图3所示，开关管Q 1导通，开关管Q 2关断，续流二极管D 1截止，续流二极管D 2导通，开关管Q 2上电压应力为输入电压V in1与输出电容C f1上的电压之和，续流二极管D 1上电压应力均为输入电压V in1与输出电容C f1上的电压之和。中间储能电感上的电压V Lf为输入电压V in1与输出电容C f2上的电压之差。
   （3）工作模态Ⅲ。如图4所示，开关管Q 1关断，开关管Q 2导通，续流二极管D 2截止，续流二极管D 1导通，开关管Q 1上电压应力为输入电压V in1与输出电容C f1上的电压之和，D 2上电压应力均为输入电压V in1与输出电容C f1上的电压之和。中间储能电感上的电压V Lf为V in2与输出电容C f1上的电压之差。
   （4）工作模态Ⅳ。如图5所示，开关管Q1和 开关管Q2同时关断，续流二极管D1和续流二极管D2导通，电感电流iLf 通过二极管D1和续流二极管D2续流，中间储能电感上的电压为VLf=-Vo，电感电流iLf 下降。
   （5）工作模态Ⅴ。如图6所示，当中间储能电感电感量较小或负载减轻时，电感电流将会为零，负载由输出滤波电容供电。
本发明提出的双输入Buck-Boost 直流变换器既可以工作在单输入状态，又可工作在双输入状态，提高了多种新能源分布式发电系统的稳定性和灵活性，实现能源的综合利用。另外，本发明相对于带有两个单输入直流变换器的分布式发电系统而言，具有结构简单、体积小、成本低的优点。

Claims (2)

1.一种新型双输入Buck-Boost直流变换器，其特征在于：直流输入源 V in1和直流输入源V in2串联，所述直流输入源V in1的正极接开关管Q 1的漏极，所述开关管Q 1的源极接续流二极管D 1的阴极，所述续流二极管D 1的阳极接负载电阻R Ld的一端，所述负载电阻R Ld 的另一端与续流二极管D 2 的阴极相连，所述续流二极管D 2 的阳极接开关管Q 2 的漏极，所述开关管Q 2 的源极接直流输入源V in2的负极；分压电容C f1和分压电容C f2串联后并联在负载电阻R Ld 两端；储能电感L f 的两端分别与开关管Q 1的源极和开关管Q 2的漏极相连；所述分压电容C f1的正极与输入电源V in2的正极相连。
2.根据权利要求1所述的一种新型双输入Buck-Boost直流变换器，其特征在于：所述分压电容C f1和分压电容C f2的电容量相等。
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