CN104917386B - 适用新能源供电的谐振型多输入直流变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用新能源供电的谐振型多输入直流变压器，所述直流变压器包括：全桥逆变电路、谐振单元、整流单元以及多个输入单元；其中，多个输入单元并联连接，并联连接的多个输入单元的两个公共端分别连接全桥逆变电路的两个输入端，全桥逆变电路的两个输出端连接整流单元的输入端，整流单元的输出端连接中压直流母线；谐振单元的两端分别连接全桥逆变电路的两个输出端。本发明具有功率密度高、输出电压稳定的优点。
Description
技术领域
本发明属于电子领域，尤其涉及一种适用新能源供电的谐振型多输入直流变压器。
背景技术
由于石油、煤和天然气等资源的日益紧张以及环境污染严重、全球变暖等原因，可再生能源的开发和利用越来越受到人们重视。可再生能源发电主要有光伏、风力、燃料电池、水力、地热等类型，均存在电力供应不稳定、不连续、随气候条件变化等缺陷，需要采用多种新能源联合的供电系统。
传统的多种可再生能源分布式供电系统，是将太阳能电池、风力发电机、燃料电池等可再生能源发电设备分别通过一个独立的单向直流变换器进行电能变换，并在输出端并联或串联后连接到公共负载变换器的直流母线上，旨在确保多种可再生能源联合协调供电，但存在电路结构复杂、成本高等缺陷。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种适用新能源供电的谐振型多输入直流变压器，旨在解决现有的技术方案损耗高，功率密度低的问题。
一方面，提供一种适用新能源供电的谐振型多输入直流变压器，所述直流变压器包括：全桥逆变电路、谐振单元、整流单元以及多个输入单元；其中，
多个输入单元并联连接，并联连接的多个输入单元的两个公共端分别连接全桥逆变电路的两个输入端，全桥逆变电路的两个输出端连接整流单元的输入端，整流单元的输出端连接中压直流母线；谐振单元的两端分别连接全桥逆变电路的两个输出端；开关管Q1、Q4的控制端连接PWMQ1、4信号，开关管Q2、Q3的控制端连接PWMQ2、3信号；输入侧开关管Qini的控制端连接PWMQini信号。
可选的，所述全桥逆变电路包括：4个开关管，其中，开关管Q1与开关管Q3串联连接后与串联连接的开关管Q2和开关管Q4并联连接；输入单元1包括：依次串联连接的新能源电源Vini、输入侧二极管Dini和输入侧开关管Qini，其中，i表示输入单元的个数，i大于等于3；开关管Q1、Q4的控制端连接PWMQ1、4信号输入端，开关管Q2、Q3的控制端连接PWMQ2、3信号输入端；输入侧开关管Qini的控制端连接PWMQini信号输入端。
可选的，所述谐振单元包括：电感Lr和电容Cr；其中，电感Lr和电容Cr的两端分别连接整流单元的两个输出端。
可选的，所述整流单元包括: 第一整流二极管DR1、第二整流二极管DR2、第一滤波电容C1以及第二滤波电容C2；第一整流二极管DR1和第二整流二极管DR2正向串联后与第一滤波电容C1和第二滤波电容C2的串联支路并联; 全桥逆变电路的两个输出端分别连接第一整流二极管DR1的阳极和第一滤波电容C1与第二滤波电容C2的公共端。
在本发明实施例中，本发明提供的技术方案具有功率密度高、输出电压稳定的优点。
附图说明
图 1 为本发明提供的一种适用新能源供电的谐振型多输入直流变压器的电路结构图；
图2为本发明提供具体实施方式的变换器主要工作波形示意图；
图3为本发明提供具体实施方式的变换器各开关管电压波形示意图；
图4为本发明提供具体实施方式的变换器电压源向电感传递能量的模态图；
图5为本发明提供具体实施方式的变换器电压源向电感传递能量的模态图；
图6为本发明提供具体实施方式的变换器电压源向电感传递能量的模态图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明具体实施方式提供一种适用新能源供电的谐振型多输入直流变压器如图1所示，包括：全桥逆变电路2、谐振单元4、整流单元3以及多个输入单元1；其中，多个输入单元1并联连接，并联连接的多个输入单元1的两个公共端分别连接全桥逆变电路2的两个输入端，全桥逆变电路2的两个输出端连接整流单元3的输入端，整流单元3的输出端连接中压直流母线；谐振单元4的两端分别连接全桥逆变电路2的两个输出端。上述多个输入单元的数量如无特殊说明均指二个（包含本数）以上的输入单元。
可选的，上述全桥逆变电路2包括：4个开关管，其中，开关管Q1与开关管Q3串联连接后与串联连接的开关管Q2和开关管Q4并联连接；输入单元1包括：依次串联连接的新能源电源Vini、输入侧二极管Dini和输入侧开关管Qini。其中，i表示输入单元1的个数，i大于等于3；
开关管Q1、Q4的控制端连接PWMQ1、4信号，开关管Q2、Q3的控制端连接PWMQ2、3信号；输入侧开关管Qini的控制端连接PWMQini信号。
可选的，上述谐振单元4包括：电感Lr和电容Cr；其中，电感Lr和电容Cr的两端分别连接整流单元3的两个输出端。
可选的，上述整流单元3包括: 第一整流二极管DR1、第二整流二极管DR2、第一滤波电容C1以及第二滤波电容C2；第一整流二极管DR1和第二整流二极管DR2正向串联后与第一滤波电容C1和第二滤波电容C2的串联支路并联; 全桥逆变电路2的两个输出端分别连接第一整流二极管DR1的阳极和第一滤波电容C1与第二滤波电容C2的公共端。
下面以一个具体的仿真实例来分析本发明的谐振型多输入直流变压器的工作原理。三个输入电源的电压分别为Vin1=200V，Vin2=100V，Vin3=50V，直流母线电压为1600V，开关管的工作频率为5kHz。图2给出了主要的工作波形，开关管Q1-Q4为多输入源共用个开关，Qin1，Qin2，Qin3分别控制电源Vin1，Vin2，Vin3的能量，为了实现开关管的软开关，输入电压源需要按照电压值从大到小的顺序导通。以iLr>0为例，各输入电压源向电感传递能量的模态如图4至图6所示（图中虚线表示该部件未工作）。Lr与Cr发生谐振，vCr减小，当vCr减小到Vin1时，电压源1向电感传递能量，此过程如图4所示。当Qin1关闭时，Lr与Cr继续谐振，vCr继续减小，当vCr减小到Vin2时，电压源2向电感传递能量，此过程如图5所示。当Qin2关闭时，Lr与Cr继续发生谐振，vCr继续减小，当vCr减小到Vin3时，电压源向电感传递能量，此过程如图6所示。在本实例中先导通Vin1将电源Vin1的能量传递到电感中，然后导通Vin2将电源Vin2的能量传递到电感中，最后导通Vin3将电源Vin3的能量传递到电感中。从电流ic的波形可以看出整流二极管是零电流关断的。图3给出了个开关管的电压波形，从图中可以看出各开关管的电压均不大于输出电压的1/2，其中输入单元的开关管的电压应力只与输入端各电压有关，其电压应力很小，另外需要指出的是电源电压值最小的输入端的开关管是可以省去的。
本发明的多输入直流变压器不仅具有电路拓扑简洁、多路输入源可同时或分时供电、功率密度高、输出电压稳定的优点，同时可实现整流二极管的零电流关断，可大幅降低损耗，且各开关管的电压应力不超过输出电压的1/2。本发明的谐振型多输入直流变压器可用于新能源联合供电系统。
以上所述仅为本发明的较佳实施实例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种适用新能源供电的谐振型多输入直流变压器，其特征在于，所述直流变压器包括：全桥逆变电路、谐振单元、整流单元以及多个输入单元；其中，多个输入单元并联连接，且多个输入单元可同时或分时供电，并联连接的多个输入单元的两个公共端分别连接全桥逆变电路的两个输入端，全桥逆变电路的两个输出端连接整流单元的输入端，整流单元的输出端连接中压直流母线；谐振单元的两端分别连接全桥逆变电路的两个输出端；所述全桥逆变电路包括：4个开关管，其中，开关管Q1与开关管Q3串联连接后与串联连接的开关管Q2和开关管Q4并联连接；输入单元1包括：依次串联连接的新能源电源Vini、输入侧二极管Dini和输入侧开关管Qini，其中，i表示输入单元的个数，i大于等于3；开关管Q1、Q4的控制端连接PWMQ1、4信号，开关管Q2、Q3的控制端连接PWMQ2、3信号；输入侧开关管Qini的控制端连接PWMQini信号。
2.根据权利要求1所述的直流变压器，其特征在于，所述谐振单元包括：电感Lr和电容Cr；其中，电感Lr和电容Cr的两端分别连接整流单元的两个输出端。
3.根据权利要求1所述的直流变压器，其特征在于，所述整流单元包括:第一整流二极管DR1、第二整流二极管DR2、第一滤波电容C1以及第二滤波电容C2；第一整流二极管DR1和第二整流二极管DR2正向串联后与第一滤波电容C1和第二滤波电容C2的串联支路并联;全桥逆变电路的两个输出端分别连接第一整流二极管DR1的阳极和第一滤波电容C1与第二滤波电容C2的公共端。
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