CN103840660A - 用于并网电源的宽电压输入范围三管升降压装置 - Google Patents

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Abstract

用于并网电源的宽电压输入范围三管升降压装置，本发明涉及一种电能变换装置中的直直变换器。本发明的宽电压输入范围的三管升降压装置，包括第一功率开关管S1、第一功率开关管S2、第三功率开关管S3、滤波电感L、功率二极管D和滤波电容C，将第一功率开关管S1的阳极接外界输入电源E的阳极，第一功率开关管S1的阴极接第二功率开关管S2的阳极，同时接滤波电感L的一端;滤波电感L的另一端接第三功率开关管S3的阳极，同时接功率二极管D的阳极;功率二极管D的阴极和滤波电容C的阳极同时接输出端o，外界输入电源E的阴极、第二功率开关管S2的阴极、第三功率开关管S3的阴极、滤波电容C的阴极同时接地。在输入电压低于或高于设定输出电压的宽输入范围内，均能实现稳压输出。

Description

用于并网电源的宽电压输入范围三管升降压装置
技术领域
本发明涉及一种电能变换装置中的直直变换器，尤其涉及一种适用于并网电源的宽电压输入范围的升降压电路。
背景技术
在以风力发电为代表的新能源并网发电过程，需要将风能等新能源直接转换得到的粗电经并网电源装置转换成波形、幅值、相位等同市电一致的稳定交流电并入电网，但由于风场等自然条件波动范围大，新能源直接转换得到的粗电的电压范围十分宽广，对并网电源装置提出了高的要求。并网电源通常包括前级直直变换器和后级逆变器两部分。前级采用boost升压电路的传统并网电源装置适应范围较窄，在粗电电压低于母线电压设定值时可将粗电电压升高到设定值再逆变输出，但在粗电电压高于设定值时，不能稳定母线电压，影响逆变输出质量，并使得逆变桥器件电压应力升高，降低整机性能，因而研究一种能适应宽电压输入范围的性能良好的直直变换器，是新能源并网发电的一个重要研究课题。
发明内容
本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种用于并网电源的宽电压输入范围三管升降压装置，其在输入电压低于或高于设定输出电压的宽输入范围内，均能实现稳压输出。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括第一功率开关管S1、第一功率开关管S2、第三功率开关管S3、滤波电感L、功率二极管D和滤波电容C，将第一功率开关管S1的阳极接外界输入电源E的阳极，第一功率开关管S1的阴极接第二功率开关管S2的阳极，同时接滤波电感L的一端;滤波电感L的另一端接第三功率开关管S3的阳极，同时接功率二极管D的阳极;功率二极管D的阴极和滤波电容C的阳极同时接输出端o，外界输入电源E的阴极、第二功率开关管S2的阴极、第三功率开关管S3的阴极、滤波电容C的阴极同时接地。
本发明采用的三管升降压电路包含了buck降压电路和boost升压电路在内，且输出电压极性和输入电压极性相同。当输入电压低于设定输出电压时，使得第一功率开关S1保持导通，第二功率开关S2保持截止，整个电路即为一个boost升压电路，通过采样输出电压，对第三功率开关管S3进行占空比调节，可实现输出稳压、升压变换；当输入电压高于设定输出电压时，使得第三功率开关S3保持截止，整个电路即为一个buck降压电路，通过采样输出电压，对第一功率开关管S1进行占空比调节，使得第二功率开关管S2保持截止，或者使得第二功率开关管S2的占空比和第一功率开关管S1进的占空比互补，可实现输出稳压、降压变换。
升降压装置的输出端o连接后级逆变器。
本发明是一种适用于并网电源的宽电压输入范围的升降压电路，具有如下优点：（1）在输入电压低于或高于设定输出电压的宽输入范围内，均能实现稳压输出；（2）输入输出共地，输出电压极性同输入电压极性相同；（3）整个电路使用功率器件较少，结构简单，开销小；（4）控制方案较为简单，易于实现。
附图说明
图1是本发明的适用于并网电源的宽电压输入范围的升降压电路结构示意图；
图2中的（a）～（e）是本发明的适用于并网电源的宽电压输入范围的升降压电路各开关模态示意图；
图3是本发明的适用于并网电源的宽电压输入范围的升降压电路采用的控制框图。
图中：E—外界输入电压；iL—滤波电感L电流；uL—滤波电感L两端电压；Uo—输出电压；V1～V3—功率开关管S1～S3的驱动。
具体实施方式
如图1所示，本发明的适用于并网电源的宽电压输入范围的升降压装置，包括第一功率开关管S1、第一功率开关管S2、第三功率开关管S3、滤波电感L、功率二极管D和滤波电容C，将第一功率开关管S1的阳极接外界输入电源E的阳极，第一功率开关管S1的阴极接第二功率开关管S2的阳极，同时接滤波电感L的一端;滤波电感L的另一端接第三功率开关管S3的阳极，同时接功率二极管D的阳极;功率二极管D的阴极和滤波电容C的阳极同时接输出端o，外界输入电源E的阴极、第二功率开关管S2的阴极、第三功率开关管S3的阴极、滤波电容C的阴极同时接地。后级逆变器接在本电路的输出端o和地之间。
下面以图1为主电路结构，结合附图2来叙述本发明的宽电压输入范围的升降压电路的具体工作原理和工作模态。
在外界输入电压E大于给定输出电压时，使得第一功率开关管S1保持导通，第二功率开关管S2保持截止，电路工作于boost升压状态，包括工作模态I和工作模态II：
1．工作模态I
如图2（a）所示，第三功率开关管S3开通，滤波电感电压uL=E，电感电流iL线性上升，滤波电感储能，变换器输出电流由滤波电容C提供。
2．工作模态II
如图2（b）所示，第三功率开关管S3关断截止，滤波电感电压uL=E－Uo，电感电流iL线性下降，滤波电感储能向输出侧释放。
在外界输入电压E小于给定输出电压时，使得第三功率开关管S3保持截止，电路工作于buck降压状态，包括工作模态III、工作模态IV和工作模态V：
3．工作模态III
如图2（c）所示，第一功率开关管S1开通，滤波电感电压uL=E－Uo，电感电流iL线性上升。
4．工作模态IV
如图2（d）所示，第一功率开关管S1关断截止且第二功率开关管S2也关断截止的开关死区内，电感电流iL通过第二功率开关管S2的体二极管续流，线性下降，滤波电感电压uL=－Uo。
5．工作模态V
如图2（e）所示，第一功率开关管S1关断截止，第二功率开关管S2导通，电感电流iL通过第二功率开关管S2续流，线性下降，滤波电感电压uL=－Uo。
为实现以上工作原理，采用控制方案如附图3所示：采样输出电压Uo，与电压基准Ur做差，经电压环运算得到PWM调制信号，再检测输入电压即外界电压E，经逻辑运算和驱动电路分别生成第一～第五功率开关管S1～S5的驱动信V1～V5，使得在外界输入电压E大于给定输出电压时，使得第一功率开关管S1保持导通，第二功率开关管S2保持截止，第三功率开关管S3的驱动为PWM调制信号；在外界输入电压E小于给定输出电压时，使得第三功率开关管S3保持截止，第一功率开关管S1的驱动为PWM调制信号，第二功率开关管S2的驱动同第一功率开关管S1的驱动互补，且第二功率开关管S2的驱动同第一功率开关管S1的驱动具有低电平死区。

Claims (2)

1.一种宽电压输入范围的三管升降压装置，其特征在于，包括第一功率开关管S1、第一功率开关管S2、第三功率开关管S3、滤波电感L、功率二极管D和滤波电容C，将第一功率开关管S1的阳极接外界输入电源E的阳极，第一功率开关管S1的阴极接第二功率开关管S2的阳极，同时接滤波电感L的一端;滤波电感L的另一端接第三功率开关管S3的阳极，同时接功率二极管D的阳极;功率二极管D的阴极和滤波电容C的阳极同时接输出端o，外界输入电源E的阴极、第二功率开关管S2的阴极、第三功率开关管S3的阴极、滤波电容C的阴极同时接地。
2.根据权利要求1所述的宽电压输入范围的三管升降压装置，其特征在于，升降压装置的输出端o连接后级逆变器。
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