CN104935167A - 一种隔离型桥式三端口直流变换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔离型桥式三端口直流变换器，包括逆变单元、隔离单元、第一输出单元和第二输出单元；逆变单元的一侧端口用于连接可再生能源，另一侧端口连接隔离单元；第一输出单元的一侧端口连接隔离单元，另一侧端口用于连接负载；第二输出单元的一侧端口连接隔离单元，另一侧端口用于连接储能装置；其中，隔离单元采用两个三绕组变压器构成，两个三绕组变压器的原边绕组串联，两个副边绕组分组交叉并互相反向串联，使输出端口与储能装置端口分享互补的脉冲，消除了可再生能源、储能装置和负载这三端之间的环流并减少了由环流带来的能量损耗。

Description

一种隔离型桥式三端口直流变换器

技术领域

本发明属于直流变换技术领域，更具体地，涉及一种隔离型桥式三端口直流变换器。

背景技术

可再生能源目前正受到越来越广泛的应用，然而可再生能源的间断性、不稳定性与要求稳定能量供给的负载之间存在矛盾，需引入储能装置以平衡可再生能源与负载之间的能量，一般采用同时连接可再生能源、储能装置及负载的三端口电路来解决这一矛盾。

现有技术中，有以下两种三端口电路：一种是基于两个半桥结构的三端口电路，其中的隔离变压器原边半桥与可再生能源连接，副边半桥与负载连接，储能装置与原边分压电容并联；通过对原边桥臂两个开关管的控制可实现储能装置的充放电；同时，通过增加一个开关管以增加一个控制自由度，实现对三个端口之间的能量管理，该结构的缺点是不能为三个端口均提供电气隔离与电压匹配，其软开关的工作范围有限。

另一种是基于多绕组变压器的三端口电路，通过将三绕组变压器与三个全桥结构相连，再分别连接可再生能源、储能装置以及负载，以实现三个端口之间的电气隔离与电压匹配，并可通过控制三个全桥之间的相位关系来控制端口之间的能量流动；然而该结构三个变压器绕组之间耦合严重，存在环流，导致效率降低且控制比较复杂。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种隔离型桥式三端口直流变换器，采用两个三绕组变压器形成隔离单元，将两个三绕组变压器的原边绕组串联，两个副边绕组分组交叉并互相反向串联，使隔离单元的第一输出端与第二输出端之间的电压和第三输出端与第四输出端之间的电压分享互补的脉冲，消除了可再生能源、储能装置和负载这三端之间的环流并减少了由环流带来的能量损耗。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种桥式三端口直流变换器，包括逆变单元、隔离单元、第一输出单元和第二输出单元；

其中，逆变单元的第一端口作为隔离型桥式三端口直流变换器的输入端，用于连接可再生能源的输出端；隔离单元的第一端口连接逆变单元的第二端口；

第一输出单元的第一端口连接隔离单元的第二端口，第一输出单元的第二端口作为隔离型桥式三端口直流变换器的负载电压输出口，用于连接负载；

第二输出单元的第一端口连接隔离单元的第三端口；所述第二输出单元的第二端口作为隔离型桥式三端口直流变换器与储能装置之间的接口，用于连接储能装置；

隔离单元第二端口的电压与第三端口的电压之间呈互补关系，使得可再生能源、储能装置以及负载这三端之间无环流；第二输出单元)是一个双向单元，来自隔离单元的电流可以经由第二输出单元流入储能装置，而储能装置里的电流也可经第二输出单元流入到隔离单元，供给负载。

优选的，逆变单元包括第一逆变桥臂、第二逆变桥臂和电容分压网络；所述第一逆变桥臂、第二逆变桥臂和电容分压网络并联，并联的正端作为逆变单元的第一输入端，用于连接可再生能源的输出正端，并联的负端作为逆变单元的第二输入端，用于连接可再生能源的输出负端；其中，以电容分压网络的正端作为并联的正端，以电容分压网络的负端作为并联的负端；第一输入端与第二输入端属于逆变单元的第一端口；

第一逆变桥的中点臂A作为逆变单元的第一输出端；第二逆变桥臂的中点B作为逆变单元的第二输出端；电容分压网络的中点O作为逆变单元的第三输出端；其中，逆变单元的第一输出端、第二输出端和第三输出端属于逆变单元的第二端口。

优选的，第一逆变桥臂包括第一带反并联二极管的功率开关管S₁与第二带反并联二极管的功率开关管S₂，第一带反并联二极管的功率开关管S₁的源极与第二带反并联二极管的功率开关管S₂的漏极相连，其连接端作为第一逆变桥臂的中点A；

第二逆变桥臂包括第三带反并联二极管的功率开关管S₃与第四带反并联二极管的功率开关管S₄，第三带反并联二极管的功率开关管S₃的源极与第四带反并联二极管的功率开关管S₄的漏极相连，其连接端作为第二逆变桥臂的中点B。

优选的，电容分压网络包括第一分压电容C₁和第二分压电容C₂，第二分压电容C₂的第一端连接分压电容C₁的第二端，其连接端作为电容分压网络的中点O；

第一分压电容C₁的第一端连接第一带反并联二极管的功率开关管S₁的漏极，并连接第三带反并联二极管的功率开关管S₃的漏极，其连接端作为电容分压网络的正端；

第二分压电容C₂的第一端连接第二带反并联二极管的功率开关管S₂的源极，并连接第四带反并联二极管的功率开关管的源极S₄，其连接端作为电容分压网络的负端。

优选的，隔离单元包括两个三绕组变压器，一个是第一变压器T₁，另一个是第二变压器T₂；第一变压器T₁的原边绕组T_1-np的第一端连接第二变压器T₂原边绕组T_2-np的第二端，其连接端作为隔离单元的第三输入端；第一变压器T₁原边绕组T_1-np的第二端作为隔离单元的第一输入端，第二变压器T₂原边绕组T_2-np的第一端作为隔离单元的第二输入端；隔离单元的第一、二、三输入端属于隔离单元的第一端口；

其中，第一变压器T₁的原边绕组的T_1-np第二端、第一副边绕组T_1-ns1的第二端与第二副边绕组T_1-ns2的第二端为第一变压器T₁的同名端；第二变压器T₂的原边绕组T_2-np的第二端、第一副边绕组T_2-ns1的第二端与第二副边绕组T_2-ns2的第一端为第二变压器T₂的同名端；

第一变压器T₁的第一副边绕组T_1-ns1的第一端与第二变压器T₂的第一副边绕组T_2-ns1的第二端连接；第一变压器T₁的第一副边绕组T_1-ns1的第二端作为隔离单元的第一输出端；第二变压器T₂的第一副边绕组T_2-ns1的第一端作为隔离单元的第二输出端；隔离单元的第一、二输入端属于隔离单元的第二端口；

第一变压器T1的第二副边绕组T_1-ns2的第一端与第二变压器T₂的第二副边绕组T_2-ns2的第二端连接；第一变压器T₁的第二副边绕组T_1-ns2的第二端作为隔离单元的第三输出端O₃；第二变压器T₂的第二副边绕组T_2-ns2的第一端作为隔离单元的第四输出端；隔离单元的第一、二输入端属于隔离单元的第三端口；

两个三绕组变压器T₁和T₂为可再生能源、储能装置和负载这三端提供了电气隔离与电压匹配；上述的隔离单元连接方式，使得隔离单元第二端口电压与隔离单元第三端口电压之间呈互补关系，进而使得可再生能源、储能装置以及负载这三端之间无环流；

且由于负载与储能装置电流在隔离单元原边绕组均有映射，上述连接方式使负载与储能装置在原边绕组的映射电流相互配合，拓宽了功率开关管S₁、功率开关管S₂、功率开关管S₃以及功率开关管S₄的软开关范围。

优选的，第一输出单元包括整流电路与滤波器；整流电路的第一输入端作为第一输出单元的第一输入端，第二输入端作为第一输出单元的第二输入端；滤波器的第一端连接整流电路的第一输出端；滤波器的第二端连接整流电路的第二输出端，其连接端作为第一输出单元的输出负端；滤波器的第三端作为第一输出单元的输出正端；其中第一输入端和第二输入端属于第一输出单元的第一端口，第一输出单元的输出负端和输出正端属于第一输出单元的第二端口。

优选的，上述第一输出单元里的滤波器，采用LC滤波器，由滤波电感L_f1和滤波电容C_f1串联而成；或者采用C滤波器，由滤波电容C_f3构成。

优选的，在大功率的场合，第二输出单元采用全桥电路；全桥电路包括第五功率开关管、第六功率开关管、第七功率开关管、第八功率开关管和第二滤波电容C_f2；第五功率开关管的源极与第六功率开关管的漏极连接，其连接端C作为第二输出单元的第一输入端；

第七功率开关管的源极与第八功率开关管漏极连接，其连接端D作为第二输出单元的第二输入端；其中，第一输入端和第二输入端属于第二输出单元的第一端口；

第五功率开关管的漏极、第七功率开关管的漏极与第二滤波电容C_f2的第一端连接，其连接端作为第二输出单元的第一输出端；

第六功率开关管的源极、第八功率开关管的源极与第二滤波电容C_f2的第二端连接，其连接端作为第二输出单元的第二输出端；其中，第一输出端和第二输出端属于第二输出单元的第二端口。

优选的，第二输出单元采用半桥电路，半桥电路具有功率开关管数量少，控制简单的优点。

优选的，第二输出单元采用三电平电路，相比于半桥电路与全桥电路，三电平电路的每个功率开关管两端电压减小一半，适合于高压大功率场合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的隔离型桥式三端口直流变换器，由于其隔离单元采用两个三绕组变压器T₁和T₂，为可再生能源、负载和储能装置端口提供了电气隔离与电压匹配；

且将两个三绕组变压器T₁和T₂的原边绕组串联，两个副边绕组分组交叉并互相反向串联，使得隔离单元第一输出端O₁与第二输出端O₂之间的电压同隔离单元第三输出端O₃与第四输出端O₄之间电压呈互补关系，因而储能装置与负载之间无直接的能量通路，三个端口之间无环流；

这种连接方式使得隔离型桥式三端口直流变换器避免了由环流带来的额外的能量损耗，提高了效率；

(2)本发明提供的隔离型桥式三端口直流变换器，由于变压器副边两组输出端口分享互补的脉冲，使两组输出端口的电流在原边的映射相互配合，因而原边开关管在较宽的工作范围内均能够实现各开关管的软开关；

(3)本发明提供的隔离型桥式三端口直流变换器，第二输出单元是一个双向单元，通过对第二输出单元的功率开关的移相控制使得变换器工作于两种不同的状态；一是双输出状态：可再生能源产生的能量大于负载所需能量，多余的能量流入储能装置进行储存；二是双输入状态，可再生能源产生的能量小于负载所需能量，不足的能量由储能装置供给。

附图说明

图1是本发明提供的隔离型桥式三端口直流变换器的系统框图；

图2是本发明提供的隔离型桥式三端口直流变换器的电路结构图；

图3是采用LC滤波器作为滤波电路的第一输出单元电路示意图；

图4是采用C滤波器作为滤波电路的第一输出单元电路示意图；

图5是实施例1提供的隔离型桥式三端口直流变换器的电路示意图；

图6是实施例2提供的隔离型桥式三端口直流变换器的电路示意图；

图7是实施例3提供的隔离型桥式三端口直流变换器的电路示意图；

图8是实施例4提供的隔离型桥式三端口直流变换器的电路示意图；

图9是实施例5提供的隔离型桥式三端口直流变换器的电路示意图；

图10是实施例6提供的隔离型桥式三端口直流变换器的电路示意图；

图11是实施例1提供的隔离型桥式三端口直流变换器的电路工作在双输出状态下的电路波形；

图12是实施例1提供的隔离型桥式三端口直流变换器的电路工作在双输入状态下的电路波形。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：A-第一逆变桥臂中点,B-第二逆变桥臂中点,C-全桥电路第五功率开关管的源极与第六功率开关管的漏极的连接端,D-第七功率开关管的源极与第八功率开关管漏极的连接端,E-半桥电路第九功率开关管的源极与第十功率开关管的漏极的连接端，F-半桥电路第三分压电容C3的第二端与第四分压电容C4的第一端的连接端，G-三电平电路第十二功率开关管源极与第十三功率开关管漏极的连接端，H-三电平电路第五二极管的阳极与第六二极管的阴极的连接端，O-电容分压网路的中点，1-第一逆变桥臂，2--电容分压网络，3-第二逆变桥臂，4-隔离单元，5-整流电路，6-LC滤波器，7-C滤波器，8-全桥电路，9-半桥电路，10-三电平电路，11-逆变单元，12-第一输出单元，13-第二输出单元。

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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了一种桥式三端口直流变换器，包括逆变单元11、隔离单元4、第一输出单元12和第二输出单元13，其系统示意图如图1所示；

逆变单元11的第一输入端I₁作为隔离型桥式三端口直流变换器的输入正端，用于连接可再生能源的输出正端；逆变单元11的第二输入端I₂作为隔离型桥式三端口直流变换器的输入负端，用于连接可再生能源的输出负端；

隔离单元4的第一至第三输入端分别连接逆变单元11的第一至第三输出端；第一输出单元12的第一至第二输入端分别连接隔离单元的第一至第二输出端，第一输出单元12的输出口作为隔离型桥式三端口直流变换器的负载电压输出口，用于连接负载；

第二输出单元13的第一至第二输入端分别连接隔离单元的第三至第四输出端；第二输出单元13还具有一对接口，作为隔离型桥式三端口直流变换器与储能装置之间的接口，用于连接储能装置；

其中，三端口分别对应可再生能源、负载和储能装置；

其中，逆变单元11包括第一逆变桥臂1、电容分压网络2和第二逆变桥臂3，如图2所示的，第一逆变桥臂1、电容分压网络2和第二逆变桥臂3并联，并联的正端作为逆变单元11的第一输入端，用于连接可再生能源的输出正端，并联的负端作为逆变单元11的第二输入端，用于连接可再生能源的输出负端；

其中，以电容分压网络2的正端作为并联的正端，以电容分压网络2的负端作为并联的负端；第一逆变桥臂1的中点A作为逆变单元的第一输出端；第二逆变桥臂3的中点B作为逆变单元的第二输出端；电容分压网络的中点O作为逆变单元11的第三输出端。

图3所示，是采用LC滤波器作为滤波电路的第一输出单元12电路示意图；LC滤波器6由滤波电感L_f1和滤波电容C_f1串联而成，滤波电感L_f1的第一端作为LC滤波器6的第一端，连接整流电路5的第一输出端；滤波电容C_f1的第二端作为LC滤波器6的第二端，连接整流电路5的第二输出端，其连接端作为第一输出单元12的输出负端；滤波电感L_f1的第二端与滤波电容C_f1的第一端串联连接，其连接端作为LC滤波器6的第三端，作为第一输出单元12的输出正端。

图4所示，是采用C滤波器作为滤波电路的第一输出单元12电路示意图，其整流电路5与图3相同，区别在于滤波器采用C滤波器，由滤波电容C_f3构成，滤波电容的第一端相当于图3所示的LC滤波器6的第一端和第三端，连接整流电路5的第一输出端，其连接端作为第一输出单元12的输出正端；滤波电容的第二端连接整流电路5的第二输出端，其连接端作为第一输出单元12的输出负端。

图5所示，是实施例1提供的隔离型桥式三端口直流变换器的电路示意图，具体如下：

第一逆变桥臂1包括第一带反并联二极管的功率开关管S₁与第二带反并联二极管的功率开关管S₂，第一带反并联二极管的功率开关管S₁的源极连接第二带反并联二极管的功率开关管S₂漏极，连接端作为第一逆变桥臂1的中点A；

第二逆变桥臂3包括第三带反并联二极管的功率开关管S₃与第四带反并联二极管的功率开关管S₄，第三带反并联二极管的功率开关管S₃的源极连接第四带反并联二极管的功率开关管S₄漏极，连接端作为第二逆变桥臂3的中点B；

电容分压网络2包括第一分压电容C₁和第二分压电容C₂，第一分压电容C₁的第二端连接第二分压电容C₂的第一端，连接点作为电容分压网络2的中点O；

第一分压电容C₁的第一端连接第一带反并联二极管的功率开关管S₁的漏极，并连接第三带反并联二极管的功率开关管S₃的漏极，其连接端作为电容分压网络2的正端，并用于与可再生能源的正端相连；

第二分压电容C₂的第一端连接第二带反并联二极管的功率开关管S₂的源极，并连接第四代反并联二极管的功率开关管S₄的源极，其连接端作为电容分压网络2的负端，并用于与可再生能源的负端相连。

隔离单元4包括两个三绕组变压器，一个是第一变压器T₁，另一个是第二变压器T₂；隔离单元4的第一输入端I₁连接第一逆变桥臂1中点A，隔离单元4的第二输入端I₂连接第二逆变桥臂3中点B，隔离单元的第三输入端I₃连接电容分压网络中点O，

第一变压器T₁原边绕组T_1-np的第一端连接第二变压器T₂原边绕组T_2-np的第二端，其连接端作为隔离单元4的第三输入端I₃；第一变压器T₁原边绕组T_1-np的第二端作为隔离单元4的第一输入端I₁，第二变压器T₂原边绕组T_2-np的第一端作为隔离单元4的第二输入端I₂；

第一变压器T₁的第一副边绕组T_1-ns1的第一端与第二变压器T₂的第一副边绕组T_2-ns1的第二端连接；第一变压器T₁的第一副边绕组T_1-ns1的第二端作为隔离单元4的第一输出端O₁；第二变压器T₂的第一副边绕组T_2-ns1的第一端作为隔离单元4的第二输出端O₂；

第一变压器T1的第二副边绕组T_1-ns2的第一端与第二变压器T2的第二副边绕组T_2-ns2的第二端连接；第一变压器T₁的第二副边绕组T_1-ns2的第二端作为隔离单元4的第三输出端O₃；第二变压器T₂的第二副边绕组T_2-ns2的第一端作为隔离单元4的第四输出端O₄；

整流电路5包含四个整流二极管，整流电路5的第一输入端作为第一输出单元12的第一输入端I₁，与隔离单元4的第一输出端O₁相连；整流电路5的第二输入端作为第一输出单元12的第二输入端I₂，与隔离单元4的第二输出端O₂相连。

第二二极管D₂的阴极连接第一二极管D₁的阳极，其连接端作为整流电路5的第一输入端；第四二极管D₄的阴极连接第三二极管D₃的阳极，其连接端作为整流电路5的第二输入端；第三二极管D₃的阴极连接第一二极管D₁的阴极，其连接端作为整流电路5的第一输出端；第四二极管D₄的阳极连接第二二极管D₂的阳极，其连接端作为整流电路5的第二输出端；

其中，第一、第二、第三与第四二极管可采用同步整流管。

滤波器采用LC滤波器6，由滤波电感L_f1和滤波电容C_f1串联而成，LC滤波器6的第一端与连接整流电路的第一输出端；滤波器的第二端连接整流电路的第二输出端，其连接端作为第一输出单元1₂的输出负端，用于连接负载的负端；滤波器的第三端作为第一输出单元1₂的输出正端，用于连接负载的正端。

第二输出单元采用全桥电路8，全桥电路适用于在大功率的场合，包含第五功率开关管、第六功率开关管、第七功率开关管、第八功率开关管和第二滤波电容C_f2；第二输出单元13的第一输入端I₁连接隔离单元的第三输出端O₃，第二输出单元13的第二输入端I₂连接隔离单元的第四输出端O₄，第二输出单元13的输出正端用于连接储能装置的正端，第二输出单元13的输出负端用于连接储能装置的负端。

第五功率开关管的源极与第六功率开关管的漏极连接，其连接端C作为第二输出单元13的第一输入端I₁；

第七功率开关管的源极与第八功率开关管漏极连接，其连接端D作为第二输出单元13的第二输入端I₂；

第五功率开关管的漏极、第七功率开关管的漏极与第二滤波电容Cf2的第一端连接，其连接端作为第二输出单元13的第一输出端O₁；

第六功率开关管的源极、第八功率开关管的源极与第二滤波电容Cf2的第二端连接，其连接端作为第二输出单元13的第二输出端O₂。

本实施例提供的一种用于连接可再生能源、负载和储能装置的隔离型桥式三端口直流转换器，由两个三绕组变压器T₁与T₂构成的隔离单元4为可再生能源、负载以及储能装置端口提供了电气隔离与电压匹配；变压器T₁与T₂原边绕组串联，两个副边绕组分组交叉且相互反向的连接方式，使隔离单元4的第一输出端O₁与第二输出端O₂之间的电压以及第三输出端O₃与第四输出端O₄之间的电压呈互补关系，因而本实施例提供的隔离型桥式三端口直流转换器中没有环流，避免了由环流带来的能量损耗，提高了效率。同时，第一与第二输出单元的电流在原边的映射相互配合，能拓宽功率开关管S₁、功率开关管S₂、功率开关管S₃以及功率开关管S₄的软开关范围。

图6所示，是实施例2提供的隔离型桥式三端口直流变换器的电路示意图，具体如下：

第一逆变桥臂1包括第一带反并联二极管的功率开关管S₁与第二带反并联二极管的功率开关管S₂，第一带反并联二极管的功率开关管S₁的源极连接第二带反并联二极管的功率开关管S₂漏极，连接端作为第一逆变桥臂1的中点A；

第二逆变桥臂3包括第三带反并联二极管的功率开关管S₃与第四带反并联二极管的功率开关管S₄，第三带反并联二极管的功率开关管S₃的源极连接第四带反并联二极管的功率开关管S₄漏极，连接端作为第二逆变桥臂3的中点B；

电容分压网络2包括第一分压电容C₁和第二分压电容C₂，第一分压电容C₁的第二端连接第二分压电容C₂的第一端，连接点作为电容分压网络2的中点O；

第一分压电容C₁的第一端连接第一带反并联二极管的功率开关管S₁的漏极，并连接第三带反并联二极管的功率开关管S₃的漏极，其连接端作为电容分压网络2的正端，并用于连接可再生能源的正端；

第二分压电容C₂的第一端连接第二带反并联二极管的功率开关管S₂的源极，并连接第四代反并联二极管的功率开关管S₄的源极，其连接端作为电容分压网络2的负端，并用于连接可再生能源的负端。

隔离单元4包括两个三绕组变压器，一个是第一变压器T₁，另一个是第二变压器T₂；隔离单元的第一输入端I₁连接第一逆变桥臂1中点A，隔离单元的第二输入端I₂连接第二逆变桥臂3中点B，隔离单元4的第三输入端I₃连接电容分压网络2中点O。

第一变压器T₁原边绕组T_1-np的第一端连接第二变压器T₂原边绕组T_2-np的第二端，其连接端作为隔离单元4的第三输入端I₃；第一变压器T₁原边绕组T_1-np的第二端作为隔离单元4的第一输入端I₁，第二变压器T₂原边绕组T_2-np的第一端作为隔离单元4的第二输入端I₂；

第一变压器T₁的第一副边绕组T_1-ns1的第一端与第二变压器T₂的第一副边绕组T_2-ns1的第二端连接；第一变压器T₁的第一副边绕组T_1-ns1的第二端作为隔离单元4的第一输出端O₁；第二变压器T₂的第一副边绕组T_2-ns1的第一端作为隔离单元4的第二输出端O₂；

第一变压器T1的第二副边绕组T_1-ns2的第一端与第二变压器T₂的第二副边绕组T_2-ns2的第二端连接；第一变压器T₁的第二副边绕组T_1-ns2的第二端作为隔离单元4的第三输出端O₃；第二变压器T₂的第二副边绕组T_2-ns2的第一端作为隔离单元4的第四输出端O₄；

实施例2里的整流电路5与实施例1里的整流电路相同，同样由四个整流二极管D₁、D₂、D₃和D₄构成；元件之间的连接也与实施例1相同；

滤波器采用C滤波器7，由滤波电容C_f3构成，滤波电容的第一端相当于上述滤波器的第一端和第三端，连接整流电路的第一输出端，其连接端作为第一输出单元12的输出正端，用于连接负载正端；滤波电容的第二端连接整流电路5的第二输出端，其连接端作为第一输出单元12的输出负端，用于连接负载负端。

第二输出单元13采用全桥电路8，全桥电路适用于在大功率的场合，包含第五功率开关管、第六功率开关管、第七功率开关管、第八功率开关管和第二滤波电容C_f2；第二输出单元13的第一输入端I₁连接隔离单元4的第三输出端O₃，第二输出单元13的第二输入端I2连接隔离单元4的第四输出端O₄，第二输出单元13的输出正端用于连接储能装置的正端，第二输出单元13的输出负端用于连接储能装置的负端。

第五功率开关管的源极与第六功率开关管的漏极连接，其连接端C作为第二输出单元13的第一输入端I₁；

第七功率开关管的源极与第八功率开关管漏极连接，其连接端D作为第二输出单元13的第二输入端I₂；

第五功率开关管的漏极、第七功率开关管的漏极与第二滤波电容Cf2的第一端连接，其连接端作为第二输出单元13的第一输出端O₁；

第六功率开关管的源极、第八功率开关管的源极与第二滤波电容Cf2的第二端连接，其连接端作为第二输出单元13的第二输出端O₂。

图7所示，是实施例3提供的隔离型桥式三端口直流变换器的电路示意图，具体如下：

第一逆变桥臂1包括第一带反并联二极管的功率开关管S₁与第二带反并联二极管的功率开关管S₂，第一带反并联二极管的功率开关管S₁的源极连接第二带反并联二极管的功率开关管S₂漏极，连接端作为第一逆变桥臂1的中点A；

第二逆变桥臂3包括第三带反并联二极管的功率开关管S₃与第四带反并联二极管的功率开关管S₄，第三带反并联二极管的功率开关管S₃的源极连接第四带反并联二极管的功率开关管S₄漏极，连接端作为第二逆变桥臂3的中点B；

电容分压网络2包括第一分压电容C₁和第二分压电容C₂，第一分压电容C₁的第二端连接第二分压电容C₂的第一端，连接点作为电容分压网络2的中点O；

第一分压电容C₁的第一端连接第一带反并联二极管的功率开关管S₁的漏极，并连接第三带反并联二极管的功率开关管S₃的漏极，其连接端作为电容分压网络2的正端，用于连接可再生能源的正端；

第二分压电容C₂的第一端连接第二带反并联二极管的功率开关管S₂的源极，并连接第四代反并联二极管的功率开关管S₄的源极，其连接端作为电容分压网络2的负端，用于连接可再生能源的负端。

隔离单元4包括两个三绕组变压器，一个是第一变压器T₁，另一个是第二变压器T₂；隔离单元的第一输入端I₁连接第一逆变桥臂1中点A，隔离单元的第二输入端I₂连接第二逆变桥臂3中点B，隔离单元4的第三输入端I₃连接电容分压网络2中点O。

第一变压器T₁原边绕组T_1-np的第一端连接第二变压器T₂原边绕组T_2-np的第二端，其连接端作为隔离单元4的第三输入端I₃；第一变压器T₁原边绕组T_1-np的第二端作为隔离单元4的第一输入端I₁，第二变压器T₂原边绕组T_2-np的第一端作为隔离单元4的第二输入端I₂；

第一变压器T₁的第一副边绕组T_1-ns1的第一端与第二变压器T₂的第一副边绕组T_2-ns1的第二端连接；第一变压器T₁的第一副边绕组T_1-ns1的第二端作为隔离单元4的第一输出端O₁；第二变压器T₂的第一副边绕组T_2-ns1的第一端作为隔离单元4的第二输出端O₂；

第一变压器T1的第二副边绕组T_1-ns2的第一端与第二变压器T₂的第二副边绕组T_2-ns2的第二端连接；第一变压器T₁的第二副边绕组T_1-ns2的第二端作为隔离单元4的第三输出端O₃；第二变压器T₂的第二副边绕组T_2-ns2的第一端作为隔离单元4的第四输出端O₄；

实施例3里的整流电路5也与实施例1里的整流电路相同，同样由四个整流二极管D₁、D₂、D₃和D₄构成；元件之间的连接也与实施例1相同；

滤波器采用LC滤波器6，LC滤波器由滤波电感L_f1和滤波电容C_f1串联而成，LC滤波器的第一端与连接整流电路的第一输出端；滤波器的第二端连接整流电路5的第二输出端，其连接端作为第一输出单元12的输出负端，用于连接负载的负端；滤波器的第三端作为第一输出单元12的输出正端，用于连接负载的正端。

第二输出单元13采用半桥电路，半桥电路9具有功率开关管数量少，控制简单的优点；包含第九功率开关管、第十功率开关管、第三分压电容C₃和第四分压电容C₄；第二输出单元13的第一输入端I₁连接隔离单元的第三输出端O₃，第二输出单元13的第二输入端I₂连接隔离单元4的第四输出端O₄，第二输出单元13的输出正端用于连接储能装置的正端，第二输出单元13的输出负端用于连接储能装置的负端。

第九功率开关管的源极与第十功率开关管的漏极连接，其连接端E作为第二输出单元13的第一输入端I₁；

第三分压电容C3的第二端与第四分压电容C₄的第一端连接，其连接端F作为第二输出单元13的第二输入端I₂；

三分压电容C₃的第一端与第五功率开关管的漏极连接，其连接端作为第二输出单元13的第一输出端O₁；

第四分压电容C₄的第二端与第六功率开关管的源极连接，其连接端作为第二输出单元13的第二输出端O₂。

图8所示，是实施例4提供的隔离型桥式三端口直流变换器的电路示意图，具体如下：

第一逆变桥臂1包括第一带反并联二极管的功率开关管S₁与第二带反并联二极管的功率开关管S₂，第一带反并联二极管的功率开关管S₁的源极连接第二带反并联二极管的功率开关管S₂漏极，连接端作为第一逆变桥臂1的中点A；

第二逆变桥臂3包括第三带反并联二极管的功率开关管S₃与第四带反并联二极管的功率开关管S₄，第三带反并联二极管的功率开关管S₃的源极连接第四带反并联二极管的功率开关管S₄漏极，连接端作为第二逆变桥臂3的中点B；

电容分压网络2包括第一分压电容C₁和第二分压电容C₂，第一分压电容C₁的第二端连接第二分压电容C₂的第一端，连接点作为电容分压网络2的中点O；

第一分压电容C₁的第一端连接第一带反并联二极管的功率开关管S₁的漏极，并连接第三带反并联二极管的功率开关管S₃的漏极，其连接端作为电容分压网络2的正端，用于连接可再生能源的正端；

第二分压电容C₂的第一端连接第二带反并联二极管的功率开关管S₂的源极，并连接第四代反并联二极管的功率开关管S₄的源极，其连接端作为电容分压网络2的负端，用于连接可再生能源的负端。

隔离单元4包括两个三绕组变压器，一个是第一变压器T₁，另一个是第二变压器T₂；隔离单元的第一输入端I₁连接第一逆变桥臂1中点A，隔离单元的第二输入端I₂连接第二逆变桥臂3中点B，隔离单元4的第三输入端I₃连接电容分压网络2中点O。

第一变压器T₁原边绕组T_1-np的第一端连接第二变压器T₂原边绕组T_2-np的第二端，其连接端作为隔离单元4的第三输入端I₃；第一变压器T₁原边绕组T_1-np的第二端作为隔离单元4的第一输入端I₁，第二变压器T₂原边绕组T_2-np的第一端作为隔离单元4的第二输入端I₂；

第一变压器T₁的第一副边绕组T_1-ns1的第一端与第二变压器T₂的第一副边绕组T_2-ns1的第二端连接；第一变压器T₁的第一副边绕组T_1-ns1的第二端作为隔离单元4的第一输出端O₁；第二变压器T₂的第一副边绕组T_2-ns1的第一端作为隔离单元4的第二输出端O₂；

第一变压器T1的第二副边绕组T_1-ns2的第一端与第二变压器T₂的第二副边绕组T_2-ns2的第二端连接；第一变压器T₁的第二副边绕组T_1-ns2的第二端作为隔离单元4的第三输出端O₃；第二变压器T₂的第二副边绕组T_2-ns2的第一端作为隔离单元4的第四输出端O₄；

实施例4里的整流电路5也与实施例1里的整流电路相同，同样由四个整流二极管D₁、D₂、D₃和D₄构成；元件之间的连接也与实施例1相同；滤波器采用C滤波器7，由滤波电容C_f3构成，滤波电容的第一端相当于上述滤波器的第一端和第三端，连接整流电路5的第一输出端，其连接端作为第一输出单元12的输出正端，用于连接负载正端；滤波电容的第二端连接整流电路的第二输出端1₂，其连接端作为第一输出单元12的输出负端，用于连接负载负端。

第二输出单元13采用半桥电路9，半桥电路具有功率开关管数量少，控制简单的优点；包含第九功率开关管、第十功率开关管、第三分压电容C₃和第四分压电容C₄；第二输出单元13的第一输入端I₁连接隔离单元的第三输出端O₃，第二输出单元13的第二输入端I₂连接隔离单元的第四输出端O₄，第二输出单元13的输出正端用于连接储能装置的正端，第二输出单元13的输出负端用于连接储能装置的负端。

第九功率开关管的源极与第十功率开关管的漏极连接，其连接端E作为第二输出单元13的第一输入端I₁；

第三分压电容C₃的第二端与第四分压电容C₄的第一端连接，其连接端F作为第二输出单元13的第二输入端I₂；

三分压电容C₃的第一端与第五功率开关管的漏极连接，其连接端作为第二输出单元13的第一输出端O₁；

第四分压电容C₄的第二端与第六功率开关管的源极连接，其连接端作为第二输出单元13的第二输出端O₂。

图9所示，是实施例5提供的隔离型桥式三端口直流变换器的电路示意图，具体如下：

第一逆变桥臂1包括第一带反并联二极管的功率开关管S₁与第二带反并联二极管的功率开关管S₂，第一带反并联二极管的功率开关管S₁的源极连接第二带反并联二极管的功率开关管S₂漏极，连接端作为第一逆变桥臂1的中点A；

第二逆变桥臂3包括第三带反并联二极管的功率开关管S₃与第四带反并联二极管的功率开关管S₄，第三带反并联二极管的功率开关管S₃的源极连接第四带反并联二极管的功率开关管S₄漏极，连接端作为第二逆变桥臂3的中点B；

电容分压网络2包括第一分压电容C₁和第二分压电容C₂，第一分压电容C₁的第二端连接第二分压电容C₂的第一端，连接点作为电容分压网络2的中点O；

第一分压电容C₁的第一端连接第一带反并联二极管的功率开关管S₁的漏极，并连接第三带反并联二极管的功率开关管S₃的漏极，其连接端作为电容分压网络2的正端，用于连接可再生能源的正端；

第二分压电容C₂的第一端连接第二带反并联二极管的功率开关管S₂的源极，并连接第四代反并联二极管的功率开关管S₄的源极，其连接端作为电容分压网络2的负端，用于连接可再生能源的负端。

隔离单元4包括两个三绕组变压器，一个是第一变压器T₁，另一个是第二变压器T₂；隔离单元的第一输入端I₁连接第一逆变桥臂1中点A，隔离单元的第二输入端I₂连接第二逆变桥臂3中点B，隔离单元4的第三输入端I₃连接电容分压网络2中点O。

第一变压器T₁原边绕组T_1-np的第一端连接第二变压器T₂原边绕组T_2-np的第二端，其连接端作为隔离单元4的第三输入端I₃；第一变压器T₁原边绕组T_1-np的第二端作为隔离单元4的第一输入端I₁，第二变压器T₂原边绕组T_2-np的第一端作为隔离单元4的第二输入端I₂；

第一变压器T₁的第一副边绕组T_1-ns1的第一端与第二变压器T₂的第一副边绕组T_2-ns1的第二端连接；第一变压器T₁的第一副边绕组T_1-ns1的第二端作为隔离单元4的第一输出端O₁；第二变压器T₂的第一副边绕组T_2-ns1的第一端作为隔离单元4的第二输出端O₂；

第一变压器T1的第二副边绕组T_1-ns2的第一端与第二变压器T₂的第二副边绕组T_2-ns2的第二端连接；第一变压器T₁的第二副边绕组T_1-ns2的第二端作为隔离单元4的第三输出端O₃；第二变压器T₂的第二副边绕组T_2-ns2的第一端作为隔离单元4的第四输出端O₄；

实施例5里的整流电路5也与实施例1里的整流电路相同，同样由四个整流二极管D₁、D₂、D₃和D₄构成；元件之间的连接也与实施例1相同；滤波器采用LC滤波器6，LC滤波器由滤波电感L_f1和滤波电容C_f1串联而成，LC滤波器的第一端与连接整流电路的第一输出端；滤波器的第二段连接整流电路5的第二输出端，其连接端作为第一输出单元12的输出负端，用于连接负载的负端；滤波器的第三端作为第一输出单元12的输出正端，用于连接负载的正端。

第二输出单元13采用三电平电路，三电平电路10的每个功率开关管两端电压减小一半，更适合于高压大功率场合；包括第十一功率开关管、第十二功率开关管、第十三功率开关管、第十四功率开关管、第五二极管、第六二极管、第五分压电容C₅和第六分压电容C₆；第二输出单元13的第一输入端I₁连接隔离单元的第三输出端O₃，第二输出单元13的第二输入端I2连接隔离单元的第四输出端O4，第二输出单元13的输出正端用于连接储能装置的正端，第二输出单元13的输出负端用于连接储能装置的负端。

第十二功率开关管源极与第十三功率开关管漏极连接，其连接端作为桥臂中点G，同时作为第二输出单元13的第一输入端I₁；

第五二极管的阳极与第六二极管的阴极连接，其连接端作为中点H；第五分压电容C₅的第二端与第六分压电容C₆的第一端连接，其连接端与中点H相连，作为第二输出单元13的第二输入端I₂；

第五分压电容C₅的第一端与第十一功率开关管的漏极连接，其连接端作为第二输出单元13的第一输出端O₁；

第六分压电容C₆的第二端与第十四功率开关管的源极连接，其连接端作为第二输出单元13的第二输出端O₂；

第十一功率开关管源极与第十二功率开关管漏极连接，其连接端同时与第五二极管的阴极相连；第十三功率开关管源极与第十四功率开关管漏极连接，其连接端同时与第六二极管的阳极相连；

其中，第五二极管与第六二极管的阴极与阳极可以调换。

图10所示，是实施例6提供的隔离型桥式三端口直流变换器的电路示意图，具体如下：

第一逆变桥臂1包括第一带反并联二极管的功率开关管S₁与第二带反并联二极管的功率开关管S₂，第一带反并联二极管的功率开关管S₁的源极连接第二带反并联二极管的功率开关管S₂漏极，连接端作为第一逆变桥臂1的中点A；

第二逆变桥臂3包括第三带反并联二极管的功率开关管S₃与第四带反并联二极管的功率开关管S₄，第三带反并联二极管的功率开关管S₃的源极连接第四带反并联二极管的功率开关管S₄漏极，连接端作为第二逆变桥臂3的中点B；

电容分压网络2包括第一分压电容C₁和第二分压电容C₂，第一分压电容C₁的第二端连接第二分压电容C₂的第一端，连接点作为电容分压网络2的中点O；

第一分压电容C₁的第一端连接第一带反并联二极管的功率开关管S₁的漏极，并连接第三带反并联二极管的功率开关管S₃的漏极，其连接端作为电容分压网络2的正端，用于连接可再生能源的正端；

第二分压电容C₂的第一端连接第二带反并联二极管的功率开关管S₂的源极，并连接第四代反并联二极管的功率开关管S₄的源极，其连接端作为电容分压网络2的负端，用于连接可再生能源的负端。

隔离单元4包括两个三绕组变压器，一个是第一变压器T₁，另一个是第二变压器T₂；隔离单元的第一输入端I₁连接第一逆变桥臂1中点A，隔离单元的第二输入端I₂连接第二逆变桥臂3中点B，隔离单元4的第三输入端I₃连接电容分压网络2中点O。

第一变压器T₁原边绕组T_1-np的第一端连接第二变压器T₂原边绕组T_2-np的第二端，其连接端作为隔离单元4的第三输入端I₃；第一变压器T₁原边绕组T_1-np的第二端作为隔离单元4的第一输入端I₁，第二变压器T₂原边绕组T_2-np的第一端作为隔离单元4的第二输入端I₂；

第一变压器T₁的第一副边绕组T_1-ns1的第一端与第二变压器T₂的第一副边绕组T_2-ns1的第二端连接；第一变压器T₁的第一副边绕组T_1-ns1的第二端作为隔离单元4的第一输出端O₁；第二变压器T₂的第一副边绕组T_2-ns1的第一端作为隔离单元4的第二输出端O₂；

第一变压器T1的第二副边绕组T_1-ns2的第一端与第二变压器T₂的第二副边绕组T_2-ns2的第二端连接；第一变压器T₁的第二副边绕组T_1-ns2的第二端作为隔离单元4的第三输出端O₃；第二变压器T₂的第二副边绕组T_2-ns2的第一端作为隔离单元4的第四输出端O₄；

实施例6里的整流电路5也与实施例1里的整流电路相同，同样由四个整流二极管D₁、D₂、D₃和D₄构成；元件之间的连接也与实施例1相同；

滤波器采用C滤波器7，由滤波电容C_f3构成，滤波电容的第一端相当于上述滤波器的第一端和第三端，连接整流电路5的第一输出端，其连接端作为第一输出单元12的输出正端，用于连接与负载正端；滤波电容的第二端连接整流电路5的第二输出端，其连接端作为第一输出单元12的输出负端，用于连接负载负端。

第二输出单元13采用三电平电路10，三电平电路的每个功率开关管两端电压减小一半，更适合于高压大功率场合；三电平电路10包括第十一功率开关管、第十二功率开关管、第十三功率开关管、第十四功率开关管、第五二极管、第六二极管、第五分压电容C₅和第六分压电容C₆；第二输出单元13的第一输入端I1连接隔离单元的第三输出端O₃，第二输出单元13的第二输入端I₂连接隔离单元的第四输出端O₄，第二输出单元13的输出正端用于连接储能装置的正端，第二输出单元13的输出负端用于连接储能装置的负端。

第十二功率开关管源极与第十三功率开关管漏极连接，其连接端作为桥臂中点G，同时作为第二输出单元13的第一输入端I₁；

第五二极管的阳极与第六二极管的阴极连接，其连接端作为中点H；第五分压电容C5的第二端与第六分压电容C₆的第一端连接，其连接端与中点H相连，作为第二输出单元13的第二输入端I₂；

第五分压电容C₅的第一端与第十一功率开关管的漏极连接，其连接端作为第二输出单元13的第一输出端O₁；

第六分压电容C₆的第二端与第十四功率开关管的源极连接，其连接端作为第二输出单元13的第二输出端O₂；

第十一功率开关管源极与第十二功率开关管漏极连接，其连接端同时与第五二极管的阴极相连；第十三功率开关管源极与第十四功率开关管漏极连接，其连接端同时与第六二极管的阳极相连；

其中，第五二极管与第六二极管的阴极与阳极可以调换。

上述六个实施例所提供的隔离型桥式三端口直流转换器，隔离单元均由两个三绕组变压器构成，连接方式均采用原边绕组串联，两个副边绕组分组交叉并互相反向串联的连接方式；在可再生能源、负载以及储能装置三端之间实现电气隔离与电压匹配；所提供的隔离型桥式三端口直流转换器无环流，避免了环流带来的能量损耗，提高了效率；第一与第二输出单元的电流在原边的映射相互配合，能拓宽功率开关管S₁、功率开关管S₂、功率开关管S₃以及功率开关管S₄的软开关范围。

上述六个实施例所提供的隔离型桥式三端口直流转换器，区别在于滤波器与第二第一输出单元的结构，这六个实施例具有不同的适用范围与优点：

实施例1所提供的隔离型桥式三端口直流转换器中，滤波器采用LC滤波器，使得负载端口电流连续，连续的负载电流具有电流峰值小，导通损耗小的优点；第二第一输出单元采用全桥电路，使该隔离型桥式三端口直流转换器适用于储能装置功率较大的场合。

实施例2所提供的隔离型桥式三端口直流转换器中，滤波器采用C滤波器，使得负载端口电流断续，断续的负载电流能够避免整流电路中第一二极管D₁、第二二极管D₂、第三二极管D₃以及第四二极管D₄的反向恢复问题，从而避免了反向恢复造成的能量损耗与二极管两端电压的振荡加剧；第二第一输出单元采用全桥电路，使该隔离型桥式三端口直流转换器适用于储能装置功率较大的场合。

实施例3所提供的隔离型桥式三端口直流转换器中，滤波器采用LC滤波器，使得负载端口电流连续，连续的负载电流具有电流峰值小，导通损耗小的优点；第二第一输出单元采用半桥电路，具有功率开关管数量少，控制简单的优点。

实施例4所提供的隔离型桥式三端口直流转换器中，滤波器采用C滤波器，使得负载端口电流断续，断续的负载电流能够避免整流电路中第一二极管D₁、第二二极管D₂、第三二极管D₃以及第四二极管D₄的反向恢复问题，从而避免了反向恢复造成的能量损耗与二极管两端电压的振荡加剧；第二第一输出单元采用半桥电路，具有功率开关管数量少，控制简单的优点。

实施例5所提供的隔离型桥式三端口直流转换器中，滤波器采用LC滤波器，使得负载端口电流连续，连续的负载电流具有电流峰值小，导通损耗小的优点；第二第一输出单元采用三电平电路，三电平电路的每个功率开关管两端电压减小一半，使该隔离型桥式三端口直流转换器更加适用于储能装置电压高功率大的场合。

实施例6所提供的隔离型桥式三端口直流转换器中，滤波器采用C滤波器，使得负载端口电流断续，断续的负载电流能够避免整流电路中第一二极管D₁、第二二极管D₂、第三二极管D₃以及第四二极管D₄的反向恢复问题，从而避免了反向恢复造成的能量损耗与二极管两端电压的振荡加剧；第二第一输出单元采用三电平电路，三电平电路的每个功率开关管两端电压减小一半，使该隔离型桥式三端口直流转换器更加适用于储能装置电压高功率大的场合。

本发明提供的隔离型桥式三端口直流转换器，根据实际情况工作在两种不同的工作状态；在第一种工作状态下，可再生能源产生的能量大于负载所需能量，此时多余的能量需要流入储能装备进行储存，这种工作状态称之为双输出状态；在第二种工作状态下，可再生能源产生的能量小于负载所需能量，此时不足的能量需要由储能装备供给，这种工作状态称之为双输入状态，通过对功率开关的双移相控制可使本发明的变换器工作于这两种不同的工作状态。

本发明提供的隔离型桥式三端口直流转直流变换器采用双移相控制，各逆变桥臂上下管之间的驱动信号均为带有死区时间的180°互补脉冲，全桥变换器或为对角功率开关管同时导通，或上/下侧功率开关管同时导通。当全桥变换器对角的功率开关管同时导通时，第一变压器的第一副边绕组T_1-ns1与第二变压器的第一副边绕组T_2-ns1产生的感应电压方向相同，因此第一组输出电压加强，而第一变压器的第二副边绕组T_2-ns1与第二变压器的第二副边绕组T_2-ns2产生的感应电压方向相反，第二组输出电压抵消；当全桥变换器上/下侧功率开关管同时开通时，第一变压器的第一副边绕组T_1-ns1与第二变压器的第一副边绕组T_2-ns1产生的感应电压方向相反，因此第一输出电压抵消，而第一变压器的第二副边绕组T_2-ns1与第二变压器的第二副边绕组T_2-ns2产生的感应电压方向相同，第二组输出电压加强。通过原边桥臂的移相控制，负载电压可以精确调节。第二输出单元中的桥式电路各桥臂上下管之间的驱动信号同样为带有死区时间的180°互补脉冲，当桥式电路为全桥电路时，两个桥臂之间的驱动信号相位互差180°，通过使桥式电路相位滞后/超前于与其连接的该组隔离单元产生的输出端电压，可控制储能装置能量的流入/流出，从而使本发明变换器工作在双输出/双输入状态。通过控制滞后/超前相位的大小，可精确调节储能装置能量流入/流出大小。

以下结合实施例具体阐述，其中，图11所示，是实施例1在双输出状态下的主要电流电压波形；v_AB为全桥电路中A点到B点的电压波形；i_Lf1为LC滤波器中滤波电感L_f1的方向为流入负载的电流波形；i₁为从隔离单元第一输出端O1流出的电流波形；i₂为从隔离单元第三输出端O₃流出的电流波形；i_lead为从电容分压网络中点O到第二逆变桥臂中点B的电流波形；i_lag为从第一逆变桥臂中点A到电容分压网络中点O的电流波形。

图12所示，是实施例1在双输入状态下的主要电流电压波形；v_AB为全桥电路中A点到B点的电压波形；i_Lf1为LC滤波器中滤波电感Lf1的方向为流入负载的电流波形；i₁为从隔离单元第一输出端O₁流出的电流波形；i₂为从隔离单元第三输出端O₃流出的电流波形；i_lead为从电容分压网络中点O到第二逆变桥臂中点B的电流波形；i_lag为从第一逆变桥臂中点A到电容分压网络中点O的电流波形。

在以上两种工作状态下，各模态依次出现的顺序相同，只是各模态持续时间的不同造成了储能装置的平均电流变化，以产生对储能装置的充电或放电效果；

以下结合图8的电路图与图11与图12的主要电量波形，详细描述实施例1提供的隔离型桥式三端口直流变换器的主要工作过程，具体如下：

阶段1(t₀～t₁)：在t0时刻，第一逆变桥臂下侧开关管S₂关断。原边电流i_lead开始对功率开关管S₂的输出电容充电，并对第一逆变桥臂上侧开关管S₁输出电容放电。在t₁时刻前，功率开关管S₁的输出电容已被放电至零，原边电流i_lead开始流过功率开关管S₁的反并联二极管，为随后的功率开关管S₁的零电压开通创造了条件。

功率开关管S₁的输出电容放电至零后，对于变压器T₁，A点电压为正，O点电压为负；对于变压器T₂，O点电压为正，B点电压为负。在变压器的副边侧，对于隔离单元第一组输出，由于绕组T_1-ns1与绕组T_2-ns1感应的电压大小相等，方向相同，因此其串联后的总电压为上正下负。由于在此阶段二极管D₁-D₄换流未完成，二极管D₁-D₄导通，因此原边电压将直接加在变压器的漏感上，电流i_s1迅速增加，第一滤波电感电流i_Lf1下降。对于隔离单元第二组输出，由于绕组T_1-ns2与绕组T_2-ns2感应的电压大小相等，方向相反，因此其串联后的总电压为零。与此同时，全桥电路第六、第七功率开关管S₆、S₇导通，第五、第八功率开关管S₅、S₈关断，全桥电路C点电压为负，D点电压为正。因而此时副边电流i_s2方向为负但开始上升。在这一阶段，储能装置平均电流为负，储能装置向外供能。

在t₁时刻，功率开关管S₁开通。由于功率开关管S₁开通前，其两侧电压已经为零，因此功率开关管S₁是零电压开通。

阶段2(t₁～t₂)：在此阶段，功率开关管S₁与S₄导通。第一输出单元中二极管D₁～D₄继续换流。第二输出单元中，功率开关管S₆、S₇仍然导通，副边电流i_s2继续上升，在这一阶段，储能装置平均电流为负，储能装置释放能量。

在t₂时刻，第一输出单元中二极管D₁-D₄换流完毕，D₁、D₄导通，D₂、D₃截止。

阶段3(t₂～t₃)：在此阶段，功率开关管S₁与S₄导通。第一输出单元中二极管D₁、D₄导通，能量开始向第一输出单元传送，第一滤波电感电流i_Lf1上升。第二输出单元中，功率开关管S₆、S₇仍然导通，副边电流i_s2继续上升并至方向为正，在这一阶段，储能装置平均电流为正，储能装置吸收能量。

阶段4(t₃～t₄)：在t₃时刻，功率开关管S₆、S₇关断，第二输出单元电流i_s2开始对功率开关管S₆、S₇的输出电容充电，并对功率开关管S₅、S₈输出电容放电。在t₄时刻之前，功率开关管S₅、S₈的输出电容已被放电至零，i_s2开始流过功率开关管S₅、S₈的反并联二极管，为功率开关管S₅、S₈的零电压开通创造了条件。

在t₄时刻，开关管S₅、S₈开通。由于功率开关管S₅、S₈开通前，其两侧电压已经为零，因此功率开关管S₅、S₈是零电压开通；在此阶段，第一输出单元的工作状态与上一阶段相同。

阶段5(t₄-t₅)：在此阶段，第二输出单元中，功率开关管S₅、S₈已经导通，全桥电路C点电压为正，D点电压为负。由于功率开关管S₁与S₄依旧导通。因而此时第二输出单元电流i_s2线性下降，在此阶段，储能装置平均电流为负，储能装置释放能量；在此阶段，第一输出单元的工作状态与上一阶段相同。

阶段6(t₅～t₆)：在t₅时刻，功率开关管S₄关断。第二逆变桥臂上的原边电流i_lag开始对功率开关管S₄的输出电容充电，并对功率开关管S₃输出电容放电；在t₅时刻前，功率开关管S₃的输出电容已被放电至零，原边电流i_p2开始流过功率开关管S₃的反并联二极管，为功率开关管S₃的零电压开通创造了条件。

功率开关管S₃的输出电容已被放电至零后，对于变压器T₁，A点电位为正，O点电位为负；对于变压器T₂，O点电位为负，B点电位为正。因此在变压器的副边侧，对于第一组输出，由于绕组T_1-ns1与绕组T_2-ns1感应的电压大小相等方向相反，因此其串联后的总电压为零，此时二极管D₁、D₄依旧导通，变压器漏感与第一滤波电感两端承受负载电压，因而电流is1与第一滤波电感电流i_f1共同线性下降。对于第二路输出，由于绕组T_1-ns2与绕组T_2-ns2感应的电压大小、方向均相等，因此其串联后的总电压为上正下负。与此同时，全桥电路第六、第七功率开关管S₆、S₇仍然关断，第五、第八功率开关管S₅、S₈仍然导通，因而i_s2线性上升但方向为负。在这一阶段，储能装置平均电流为负，储能装置向外供能。

在t₆时刻，功率开关管S₃开通。由于功率开关管S₃开通前，其两侧电压已经为零，因此功率开关管S₃是零电压开通。

阶段7(t₆～t₇)：在这一阶段，功率开关管S₃已经导通。对于第一输出单元，工作状态与上一阶段相同；对于第二输出单元，电流i_s2继续线性上升并方向为正。在这一阶段，储能装置平均电流为正，储能装置吸收能量。

阶段8(t₇～t₈)：在t₇时刻，功率开关管S₁关断。第一逆变桥臂上的原边电流i_lead开始对功率开关管S₁的输出电容充电，并对功率开关管S₂输出电容放电。在t₈时刻前，功率开关管S₂的输出电容已被放电至零，原边电流i_lead开始流过功率开关管S₂的反并联二极管，为功率开关管S₂的零电压开通创造了条件。

功率开关管S₂输出电容放电完成后，对于变压器T₁，A点电位为负，O点电位为正；对于变压器T₂，O点电位为负，B点电位为正。因此在变压器的副边侧，对于第一组输出，由于绕组T_1-ns1与绕组T_2-ns1感应的电压大小相等方向相同，因此其串联后的总电压为负，由于在此阶段二极管D₁-D₄换流未完成，二极管D₁-D₄导通，因此原边电压将直接加在变压器的漏感上，电流i_s1迅速下降，第一滤波电感电流i_Lf1下降。对于第二路输出，由于绕组T_1-ns2与绕组T_2-ns2感应的电压大小相等反向相反，因此其串联后的总电压为零。与此同时，全桥电路第六、第七功率开关管S₆、S₇仍然关断，第五、第八功率开关管S₅、S₈仍然导通，因而i_s2线性下降。在这一阶段，储能装置平均电流为正，储能装置吸收能量。

在t₈时刻，功率开关管S₂开通。由于功率开关管S₂开通前，其两侧电压已经为零，因此功率开关管S₂是零电压开通。

阶段9(t₈～t₉)：功率开关管S₂与S₃导通。第一输出单元中二极管D₁-D₄继续换流；第二输出单元中，功率开关管S₅、S₈仍然导通，副边电流i_s2继续下降，在这一阶段，储能装置平均电流为正，储能装置吸收能量；在t₉时刻，第一输出单元中二极管D₁-D₄换流完毕，D₁、D₄截止，D₂、D₃导通。

阶段10(t₉～t₁₀)：功率开关管S₂与S₃导通。第一输出单元中二极管D₂、D₃导通，能量开始向第一输出单元传送，第一滤波电感电流if1上升。第二输出单元中，功率开关管S₅、S₈仍然导通，副边电流i_s2继续下降并至方向为负，在这一阶段，储能装置平均电流为负，储能装置释放能量。

阶段11(t₁₀～t₁₁)：在t₁₀时刻，功率开关管S₅、S₈关断，第二输出单元电流i_s2开始对功率开关管S₅、S₈的输出电容充电，并对功率开关管S₆、S₇输出电容放电。在t₁₀时刻之前，功率开关管S₆、S₇的输出电容已被放电至零，i_s2开始流过功率开关S₆、S₇的反并联二极管，为功率开关管S₆、S₇的零电压开通创造了条件。

阶段12(t₁₁-t₁₂)：第二输出单元中，功率开关管S₆、S₇已经导通，全桥电路C点电压为负，D点电压为正。由于功率开关管S₂、S₃依旧导通。因而此时第二输出单元电流i_s2线性上升，在此阶段，储能装置平均电流为正，储能装置吸收能量。

阶段13(t₁₂～t₁₃)：在t₁₂时刻，功率开关管S₃关断。第二逆变桥臂上的原边电流i_lag开始对功率开关管S₃的输出电容充电，并对功率开关管S₄输出电容放电。在t₁₃时刻前，功率开关管S₄的输出电容已被放电至零，原边电流i_lag开始流过功率开关管S₄的反并联二极管，为功率开关管S₄的零电压开通创造了条件。

功率开关管S4的输出电容已被放电至零后，对于变压器T₁，A点电位为负，O点电位为正；对于变压器T₂，O点电位为正，B点电位为负。因此在变压器的副边侧，对于第一组输出，由于绕组T_1-ns1与绕组T_2-ns1感应的电压大小相等方向相反，因此其串联后的总电压为零，此时二极管D₁、D₄依旧导通，变压器漏感与第一滤波电感两端承受负载电压，电流i_s1线性上升，第一滤波电感电流i_f1线性下降。对于第二路输出，由于绕组T_1-ns2与绕组T_2-ns2感应的电压大小、方向均相等，因此其串联后的总电压为上负下正。与此同时，全桥电路第六、第七功率开关管S₆、S₇仍然开通，第五、第八功率开关管S₅、S₈仍然关断，因而i_s2线性下降但方向为正。在这一阶段，储能装置平均电流为正，储能装置吸收能量。

在t₁₃时刻，功率开关管S₄开通。由于功率开关管S₄开通前，其两侧电压已经为零，因此功率开关管S₄是零电压开通；在此阶段，第一输出单元的工作状态与上一阶段相同。

阶段14(t₁₃～t₁₄)：功率开关管S₄已经导通。对于第一输出单元，工作状态与上一阶段相同；对于第二输出单元，电流i_s2继续线性下降并方向为负；在这一阶段，储能装置平均电流为负，储能装置对外供能。

从波形上分析，电流i_s1与i_s2在原边的映射相互配合，使得功率开关管S₁、功率开关管S₂、功率开关管S₃以及功率开关管S₄均实现了软开关；同时，电流i_s2使得功率开关管S₅、功率开关管S₆、功率开关管S₇以及功率开关管S₈也实现了软开关；在该实施例中，第二第一输出单元采用了全桥电路，因而电感电流iLf1处于连续模式下，电流峰值小，且造成的导通损耗小。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (9)

1.一种隔离型桥式三端口直流变换器，其特征在于，包括逆变单元(11)、隔离单元(4)、第一输出单元(12)和第二输出单元(13)；

所述逆变单元(11)的第一端口作为隔离型桥式三端口直流变换器的输入端，用于连接可再生能源的输出端；所述隔离单元(4)的第一端口连接逆变单元(11)的第二端口；

所述第一输出单元(12)的第一端口连接隔离单元(4)的第二端口，第一输出单元(12)的第二端口作为隔离型桥式三端口直流变换器的负载电压输出口，用于连接负载；

所述第二输出单元(13)的第一端口连接隔离单元(4)的第三端口；所述第二输出单元(13)的第二端口作为隔离型桥式三端口直流变换器与储能装置之间的接口，用于连接储能装置；

所述隔离单元(4)第二端口的电压与第三端口的电压之间呈互补关系，使得可再生能源、储能装置以及负载这三端之间无环流；

所述第二输出单元(13)是一个双向单元，来自隔离单元(4)的电流可以经由第二输出单元(13)流入储能装置，而储能装置里的电流也可经第二输出单元(13)流入隔离单元，供给负载。

2.如权利要求1所述的隔离型桥式三端口直流变换器，其特征在于，所述逆变单元(11)包括第一逆变桥臂(1)、电容分压网络(2)和第二逆变桥臂(3)；

所述第一逆变桥臂(1)、电容分压网络(2)和第二逆变桥臂(3)并联，并联的正端用于连接可再生能源的输出正端，并联的负端用于连接可再生能源的输出负端；所述电容分压网络(2)的正端作为并联的正端，电容分压网络(2)的负端作为并联的负端；

所述第一逆变桥臂(1)的中点A作为逆变单元(11)的第一输出端；第二逆变桥臂(3)的中点B作为逆变单元(11)的第二输出端；电容分压网络(2)的中点O作为逆变单元(11)的第三输出端。

3.如权利要求2所述的隔离型桥式三端口直流变换器，其特征在于，所述第一逆变桥臂(1)包括第一带反并联二极管的功率开关管S₁与第二带反并联二极管的功率开关管S₂，第一带反并联二极管的功率开关管S₁的源极与第二带反并联二极管的功率开关管S₂的漏极相连，其连接端作为第一逆变桥臂(1)的中点A；

所述第二逆变桥臂(3)包括第三带反并联二极管的功率开关管S₃与第四带反并联二极管的功率开关管S₄，第三带反并联二极管的功率开关管S₃的源极与第四带反并联二极管的功率开关管S₄的漏极相连，其连接端作为第二逆变桥臂(3)的中点B。

4.如权利要求2所述的隔离型桥式三端口直流变换器，其特征在于，所述电容分压网络(2)包括第一分压电容C₁和第二分压电容C₂，第二分压电容C₂的第一端连接分压电容C₁的第二端，其连接端作为电容分压网络(2)的中点O；

所述第一分压电容C₁的第一端连接第一带反并联二极管的功率开关管S₁的漏极，并连接第三带反并联二极管的功率开关管S₃的漏极，其连接端作为电容分压网络(2)的正端；

所述第二分压电容C2的第一端连接第二带反并联二极管的功率开关管S2的源极，并连接第四带反并联二极管的功率开关管的源极S₄，其连接端作为电容分压网络(2)的负端。

5.如权利要求1至4任一项所述的隔离型桥式三端口直流变换器，其特征在于，所述隔离单元(4)包括第一变压器T₁和第二变压器T₂；

所述第一变压器T₁的原边绕组T_1-np的第一端连接第二变压器T₂原边绕组T_2-np的第二端，其连接端作为隔离单元(4)的第三输入端；第一变压器T₁原边绕组T_1-np的第二端作为隔离单元(4)的第一输入端，第二变压器T₂原边绕组T_2-np的第一端作为隔离单元(4)的第二输入端；

所述第一变压器T₁的第一副边绕组T_1-ns1的第一端与第二变压器T₂的第一副边绕组T_2-ns1的第二端连接；第一变压器T₁的第一副边绕组T_1-ns1的第二端作为隔离单元(4)的第一输出端；第二变压器T₂的第一副边绕组T_2-ns1的第一端作为隔离单元(4)的第二输出端；

第一变压器T₁的第二副边绕组T_1-ns2的第一端与第二变压器T₂的第二副边绕组T_2-ns2的第二端连接；第一变压器T₁的第二副边绕组T_1-ns2的第二端作为隔离单元(4)的第三输出端；第二变压器T₂的第二副边绕组T_2-ns2的第一端作为隔离单元(4)的第四输出端；

所述两个三绕组变压器T₁和T₂为可再生能源、储能装置和负载这三端提供了电气隔离与电压匹配。

6.如权利要求1至4任一项所述的隔离型桥式三端口直流变换器，其特征在于，所述第一输出单元(12)包括整流电路(5)与滤波器；

所述整流电路(5)的第一输入端作为第一输出单元(12)的第一输入端，第二输入端作为第一输出单元(12)的第二输入端；所述滤波器的第一端连接整流电路(5)的第一输出端；滤波器的第二端连接整流电路(5)的第二输出端，其连接端作为第一输出单元(12)的输出负端；滤波器的第三端作为第一输出单元(12)的输出正端。

7.如权利要求6所述的隔离型桥式三端口直流变换器，其特征在于，所述第一输出单元(12)里的滤波器，采用LC滤波器(6)，由滤波电感L_f1和滤波电容C_f1串联而成，滤波电感L_f1的第一端作为LC滤波器(6)的第一端，滤波电感L_f1的第二端与滤波电容C_f1的第一端串联连接，其连接端作为LC滤波器的第三端，滤波电容C_f1的第二端作为LC滤波器(6)的第二端。

8.如权利要求6所述的隔离型桥式三端口直流变换器，其特征在于，所述上述第一输出单元(12)里的滤波器，采用C滤波器(7)，由滤波电容C_f3构成，滤波电容C_f3的第一端连接整流电路(5)的第一输出端，其连接端作为第一输出单元(12)的输出正端；滤波电容的第二端连接整流电路(5)的第二输出端，其连接端作为第一输出单元(12)的输出负端。

9.如权利要求1所述的隔离型桥式三端口直流变换器，其特征在于，所述第二输出单元(13)采用全桥电路(8)，包括第五功率开关管、第六功率开关管、第七功率开关管、第八功率开关管和第二滤波电容C_f2；第五功率开关管的源极与第六功率开关管的漏极连接，其连接端C作为第二输出单元(13)的第一输入端；第七功率开关管的源极与第八功率开关管漏极连接，其连接端D作为第二输出单元的第二输入端；

第五功率开关管的漏极、第七功率开关管的漏极与第二滤波电容Cf2的第一端连接，其连接端作为第二输出单元(13)的第一输出端；

第六功率开关管的源极、第八功率开关管的源极与第二滤波电容Cf2的第二端连接，其连接端作为第二输出单元(13)的第二输出端。