CN105226941A

CN105226941A - 一种空间用双向直流斩波电路拓扑

Info

Publication number: CN105226941A
Application number: CN201510611288.0A
Authority: CN
Inventors: 霍群海; 尹靖元; 吴理心; 朱晋; 韦统振
Original assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2035-09-23
Also published as: CN105226941B

Abstract

一种空间用双向直流斩波电路拓扑，由第一电容(C1)、储能电感(L1，L2)、电力变压器(T1，T2)、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)和第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)或第三电子开关(K3)组成升压电路；由第二电容(C2)、第三电子开关(K3)、储能电感(L1，L2)、电力变压器(T1，T2)、第一电子开关(K1)或第四二极管(D4)、第二电子开关(K2)或第五二极管(D5)组成降压电路。通过调节第一电子开关(K1)，第二电子开关(K2)的导通和关断控制实现电压升压，完成储能电池对外部负载的放电；通过调节第三电子开关(K3)的导通和关断控制实现电压降压，完成太阳能电池板对储能电池的充电。

Description

一种空间用双向直流斩波电路拓扑

技术领域

本发明涉及一种空间用双向直流斩波电路拓扑及其控制方法，具体涉及一种空间用双向直流斩波电路拓扑。

背景技术

为了保证各种卫星、空间站、太空探测器等航天器长时间在太空中正常工作，世界上90％以上的航天器采用的是太阳能电池阵-蓄电池组电源系统。而航天器的发射成本一直处于较高的水平，减小航天器的质量可以很大的程度的减少发射成本。电源系统的质量占卫星总质量很大一部分。因此较小电源系统的质量对减少卫星发射成本起着关键作用。

航天器电源系统是航天器上产生、储存、变换、调节和分配电能的航天器分系统。航天器电源系统一般分别三个部分：分流调节器、放电调节器和充电调节器。其中放电调节器的作用是当航天器在阴影区时，调节航天器储能电池系统的放电和调节母线电压，充电调节器则是当航天器在阳光区时，完成航天器储能电池系统的充电。因此不断的提高卫星蓄电池充放电变换器的性能是很有意义的研究。已有文献及研究表明，双向变换器较单向变换器在体积、功率密度、重量等方面更有优势，因此双向直流变换器的研究就变得很有意义。

卫星的发射成本很高，因此在选择合适的高功率密度放电拓扑时我们必须考虑这种拓扑是否能够保证很高的平均无故障时间，有两条基本的原则可以参照：所有的元器件都必须只有较小的温升；整个变换器拓扑的电路要尽量简单。

目前Weinberg放电拓扑、超级boost、双向耦合boost这三种放电拓扑已经成功的使用在卫星上的直流变换器拓扑中。超级boost缺点为系统非线性，传递函数为2阶；双向耦合boost对控制电路要求较高，需要隔离驱动；隔离型Weinberg拓扑复杂，非隔离型Weinberg放电拓扑存在关断损耗，且为单方向能量流动变换器拓扑。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种空间用的双向直流斩波电路拓扑及其控制方法。本发明具有拓扑结构简洁，能量可以双向流动，控制方式简单，功率密度高，开关电流小等特点。

本发明双向直流斩波电路拓扑有以下六种结构：

1、方案一：所述的双向直流斩波电路拓扑由第一电容、第二电容、第一储能电感、第二储能电感、第一变压器、第二变压器、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关组成；第一电容的第一引出端子与第一储能电感的第一引出端子在第一连接点连接，第一储能电感的第二引出端子、第二储能电感的第一引出端子、第一变压器的第一引出端子和第二变压器的第一引出端子在第二连接点连接，第二储能电感的第二引出端子、第三二极管的第一引出端子、第三电子开关的第一引出端子、第四二极管的第一引出端子在第三连接点连接，第三二极管的第二引出端子、第三电子开关的第二引出端子、第二二极管的第二引出端子、第一二极管的第二引出端子和第二电容的第一引出端子在第四连接点连接；第一变压器的第二引出端子、第一二极管的第一引出端子、第一电子开关的第一引出端子在第五连接点连接，第二变压器的第二引出端子、第二二极管的第一引出端子、第二电子开关的第一引出端子在第六连接点连接，第一电容的第二引出端子、第一电子开关的第二引出端子、第二电子开关的第二引出端子、第四二极管的第二引出端子和第二电容的第二引出端子在第七连接点连接。

2、方案二：所述的双向直流斩波电路拓扑由第一电容、第二电容、第一储能电感、第二储能电感、第一变压器、第二变压器、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关组成；第一电容的第一引出端子与第一储能电感的第一引出端子在第一连接点连接；第一储能电感的第二引出端子、第二储能电感的第一引出端子、第一变压器的第一引出端子和第二变压器的第一引出端子在第二连接点连接；第二储能电感的第二引出端子、第三二极管的第一引出端子、第三电子开关的第一引出端子在第三连接点连接；第三二极管的第二引出端子、第三电子开关的第二引出端子、第二二极管的第二引出端子、第一二极管的第二引出端子和第二电容的第一引出端子在第四连接点连接；第一变压器的第二引出端子、第一二极管的第一引出端子、第一电子开关的第一引出端子在第五连接点连接，第二变压器的第二引出端子、第二二极管的第一引出端子、第二电子开关的第一引出端子在第六连接点连接，第一电容的第二引出端子、第一电子开关的第二引出端子、第二电子开关的第二引出端子和第二电容的第二引出端子在第七连接点连接；第四二极管连接在第二连接点和第七连接点之间，第四二极管的负极连接至第二连接点，第四二极管的正极连接至第七连接点。

3、方案三：所述的双向直流斩波电路拓扑由第一电容、第二电容、第一储能电感、第二储能电感、第一变压器、第二变压器、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关组成；第一电容的第一引出端子与第一储能电感的第一引出端子在第一连接点连接；第一储能电感的第二引出端子、第二储能电感的第一引出端子、第一变压器的第一引出端子和第二变压器的第一引出端子在第二连接点连接；第二储能电感的第二引出端子、第三二极管的第一引出端子、第三电子开关的第一引出端子、第四二极管的第一引出端子在第三连接点连接；第三二极管的第二引出端子、第三电子开关的第二引出端子、第二二极管的第二引出端子、第一二极管的第二引出端子和第二电容的第一引出端子在第四连接点连接；第一变压器的第二引出端子、第一二极管的第一引出端子、第一电子开关的第一引出端子在第五连接点连接，第二变压器的第二引出端子、第二二极管的第一引出端子、第二电子开关的第一引出端子在第六连接点连接，第一电容的第二引出端子、第一电子开关的第二引出端子、第二电子开关的第二引出端子和第二电容的第二引出端子在第七连接点连接；第四二极管连接在第五连接点和第七连接点之间，第四二极管的负极连接至第五连接点，第四二极管的正极连接至第七连接点。

4、方案四：所述的双向直流斩波电路拓扑由第一电容、第二电容、第一储能电感、第二储能电感、第一变压器、第二变压器、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关组成；第一电容的第一引出端子与第一储能电感的第一引出端子在第一连接点连接；第一储能电感的第二引出端子、第二储能电感的第一引出端子、第一变压器的第一引出端子和第二变压器的第一引出端子在第二连接点连接；第二储能电感的第二引出端子、第三二极管的第一引出端子、第三电子开关的第一引出端子在第三连接点连接；第三二极管的第二引出端子、第三电子开关的第二引出端子、第二二极管的第二引出端子、第一二极管的第二引出端子和第二电容的第一引出端子在第四连接点连接；第一变压器的第二引出端子、第一二极管的第一引出端子、第一电子开关的第一引出端子在第五连接点连接，第二变压器的第二引出端子、第二二极管的第一引出端子、第二电子开关的第一引出端子在第六连接点连接，第一电容的第二引出端子、第一电子开关的第二引出端子、第二电子开关的第二引出端子和第二电容的第二引出端子在第七连接点连接；第四二极管连接在第六连接点和第七连接点之间，第四二极管的负极连接至第六连接点，第四二极管的正极连接至第七连接点。

5、方案五：所述的双向直流斩波电路拓扑由第一电容、第二电容、第一储能电感、第二储能电感、第一变压器、第二变压器、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关组成；第一电容的第一引出端子与第一储能电感的第一引出端子在第一连接点连接；第一储能电感的第二引出端子、第二储能电感的第一引出端子、第一变压器的第一引出端子和第二变压器的第一引出端子在第二连接点连接；第二储能电感的第二引出端子、第三二极管的第一引出端子、第三电子开关的第一引出端子在第三连接点连接；第三二极管的第二引出端子、第三电子开关的第二引出端子、第二二极管的第二引出端子、第一二极管的第二引出端子和第二电容的第一引出端子在第四连接点连接；第一变压器的第二引出端子、第一二极管的第一引出端子、第一电子开关的第一引出端子在第五连接点连接，第二变压器的第二引出端子、第二二极管的第一引出端子、第二电子开关的第一引出端子在第六连接点连接，第一电容的第二引出端子、第一电子开关的第二引出端子、第二电子开关的第二引出端子和第二电容的第二引出端子在第七连接点连接；第四二极管连接在第五连接点和第七连接点之间，第五二极管连接在第六连接点和第七连接点之间，第四二极管的负极连接至第五连接点，第四二极管的正极连接至第七连接点，第五二极的负极连接至第六连接点，第五二极管的正极连接至第七连接点。

6、方案六：所述的双向直流斩波电路拓扑由第一电容、第二电容、第一储能电感、第二储能电感、第一变压器、第二变压器、第一二极管、第二二极管、第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关组成；第一电容的第一引出端子与第一储能电感的第一引出端子在第一连接点连接；第一储能电感的第二引出端子、第二储能电感的第一引出端子、第一变压器的第一引出端子和第二变压器的第一引出端子在第二连接点连接；第二储能电感的第二引出端子、第三电子开关的第一引出端子在第三连接点连接；第三电子开关的第二引出端子、第二二极管的第二引出端子、第一二极管的第二引出端子和第二电容的第一引出端子在第四连接点连接；第一变压器的第二引出端子、第一二极管的第一引出端子、第一电子开关的第一引出端子在第五连接点连接，第二变压器的第二引出端子、第二二极管的第一引出端子、第二电子开关的第一引出端子在第六连接点连接，第一电容的第二引出端子、第一电子开关的第二引出端子、第二电子开关的第二引出端子和第二电容的第二引出端子在第七连接点连接。

第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关可以是可控开通和关断的快速半导体器件，例如MOSFET或IGBT等。

本发明采用控制系统对所述的双向直流斩波电路进行控制。控制系统包含电压和电流采样电路、控制算法电路、驱动电路。电压和电流采样电路采集所述第一电容和第二电容上电压信号和线路电流信号，电压和电流采样电路与控制算法电路连接，控制算法电路连接至驱动电路，驱动电路分别连接至第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关。

第一电容、第二电容、第一储能电感、第二储能电感、第一变压器、第二变压器、第一电子开关、第二电子开关和第一二极管、第二二极管、第三电子开关组成升压电路。其中第三电子开关可以用第三二极管代替；第三二极管代替第三电子开关时，第三二极管(D3)的正极连接至第三连接点(3)，第三二极管(D3)的负极连接至第四连接点(4)。控制系统中的采样电路采样第一储能电感或第二储能电感的电流信号作为内环控制、采样第二电容上电压信号作为外环控制，采样第二电容的电压信号，采样电压和电流信号并计算后，通过控制器调节第一电子开关和第二电子开关轮流导通和关断时间的长短，以及控制第一电子开关和第二电子开关不导通时间的长短，实现线路电压不同幅值的电压升压，实现能量稳定输出，完成储能电池系统对外部负载的放电。

第一电容、第二电容、第三电子开关、第一储能电感、第二储能电感、第一电力变压器、第二电力变压器、第一电子开关、第二电子开关组成降压电路。第一电子开关(K1)或者用第四二极管(D4)替代；第四二极管(D4)替代第一电子开关(K1)时，第四二极管(D4)的正极连接至第七连接点(7)，第四二极管(D4)的负极连接至第五连接点(5)；第二电子开关(K2)或者用第五二极管(D5)替代；第五二极管(D5)替代第二电子开关(K2)时，第五二极管(D5)的正极连接至第七连接点(7)，第五二极管(D5)的负极连接至第六连接点(6)。组成降压电路时，第一电子开关、第二电子开关、第四二极管、第五二极管仅在第三电子开关关断时起到续流的作用，因此，含有第一电子开关、第二电子开关、第四二极管、第五二极管四个元器件中的任意1个、2个、3个、4个组合时均可以实现降压电路的作用。控制系统采样第一电容上电压信号和采样线路电流信号，采样第一储能电感或第二储能电感电流信号作为内环控制，采样第一电容上电压信号作为外环控制，通过控制器调节第三电子开关的导通和关断时间实现线路电压不同幅值的电压降压，实现能量稳定输出，完成太阳能电池板对储能电池系统的充电。

升压斩波电路和降压斩波电路共用同一个电流采样电路。

本发明双向直流斩波电路拓扑的升压工作原理过程分析如下，第一和第二电子开关在一个开关周期内有两次电子开关的开通关断，这样就有效地增加了一倍PWM开关频率，在不增加开关损耗的情况下增加了变换器的带宽，有效减少了磁芯元件和滤波器元件尺寸。分析工作时序时，首先假定第一电子开关导通，储能电池系统向储能电感充电，储能电池系统通过第二二极管单独向负载放电，然后第一电子开关关断，此时第一电子开关和第二电子开关均不导通，在两个电子开关均不导通的时间内，通过第三电子开关导通续流，也可以利用第三二极管导通续流，储能电池系统和储能电感共同向负载放电。然后第二电子开关导通，储能电池系统向储能电感充电，储能电池系统通过第一二极管单独向负载放电，然后第二电子开关关断，在两个电子开关均不导通的时间内，通过第三电子开关导通续流，也可以通过第三二极管续流，电源系统和储能电感共同向负载放电，然后继续第一电子开关导通，循环升压放电工作。通过控制第一电子开关导通时间、第二电子开关导通时间、第一电子开关和第二电子开关不导通时间的长短，实现储能电池系统电压不同幅度的升压输出。

双向直流斩波电路的升压控制过程如下，通过控制电路板采样第一或第二储能电感上电流信号作为控制电流内环，采样第二电容上电压信号作为控制电压外环，通过PI控制或者P控制，实现升压电路稳定电压输出。

双向直流斩波电路的降压工作原理过程分析如下，第三电子开关导通时，太阳能电池阵和储能电感共同向储能电池系统充电，第三电子开关关断时，第一储能电感通过第一电子开关、第四二极管、第二电子开关、第五二极管中的任意1个、2个、3个、4个元器件组合续流，继续向储能电池系统充电，然后第三电子开关导通，循环以上降压过程。

双向直流斩波电路的降压控制过程如下，通过控制电路板采样储能电感上电流信号作为控制电流内环，采样第一电容上电压信号作为控制电压外环，通过PI控制或者P控制，实现升压电路稳定电压输出。

所述的第一储能电感和第二储能电感共磁芯，第一变压器和第二变压器共铁芯。

本发明的优点：

a.该空间用双向直流斩波电路拓扑结构简洁；

b.该空间用双向直流斩波电路能量可以双向流动；

c.该空间用双向直流斩波电路不需要特别的驱动电路，控制实现简单；

d.该空间用双向直流斩波电路功率密度高；

e.该空间用双向直流斩波电路电子开关的开关电流小。

附图说明

图1为本发明实施例1的电路原理图；

图2为本发明系统连接示意图；

图3为本发明的第一电子开关导通时升压过程工作原理；

图4为本发明的第一电子开关关断时升压过程工作原理；

图5为本发明的K1和K2导通时序图；

图6为本发明的第三电子开关导通时降压过程工作原理；

图7为本发明的第三电子开关关断时降压过程工作原理；

图8为本发明的升压控制原理图；

图9为本发明的升压仿真结果；

图10为本发明的降压控制原理图；

图11为本发明的降压仿真结果；

图12为本发明实施例2的电路原理图；

图13为本发明实施例3的电路原理图；

图14为本发明实施例4的电路原理图；

图15为本发明实施例5的电路原理图；

图16为本发明实施例6的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1

图1所示为本发明的实施例1。如图1所示，本发明双向直流斩波电路拓扑由第一电容C1、第二电容C2、第一储能电感L1、第二储能电感L2、第一变压器T1、第二变压器T2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电子开关K1、第二电子开关K2和第三电子开关K3组成。第一电容C1的第一引出端子与第一储能电感L1的第一引出端子在第一连接点1连接；第一储能电感L1的第二引出端子、第二储能电感L2的第一引出端子、第一变压器T1的第一引出端子和第二变压器T2的第一引出端子在第二连接点2连接；第二储能电感L2的第二引出端子、第三二极管D3的第一引出端子、第三电子开关K3的第一引出端子、第四二极管D4的第一引出端子在第三连接点3连接；第三二极管D3的第二引出端子、第三电子开关K3的第二引出端子、第二二极管D2的第二引出端子、第一二极管D1的第二引出端子和第二电容C2的第一引出端子在第四连接点4连接。第一变压器T1的第二引出端子、第一二极管D1的第一引出端子、第一电子开关K1的第一引出端子在第五连接点5连接，第二变压器T2的第二引出端子、第二二极管D2的第一引出端子、第二电子开关K2的第一引出端子在第六连接点6连接，第一电容C1的第二引出端子、第一电子开关K1的第二引出端子、第二电子开关K2的第二引出端子、第四二极管D4的第二引出端子和第二电容C2的第二引出端子在第七连接点7连接。

第一电容C1、第二电容C2、第一储能电感L1、第二储能电感L2、第一电力变压器T1、第二电力变压器T2、第一电子开关K1、第二电子开关K2和第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3组成升压电路。控制系统的采样电路采样第一储能电感L1或第二储能电感L2的电流信号作为内环控制，采样第二电容C2的电压信号作为外环控制，通过控制器调节第一电子开关K1和第二电子开关K2的轮流导通和关断时间的长短，控制第一电子开关K1和第二电子开关K2不导通时间的长短，实现线路电压升压，实现能量稳定输出，完成储能电池系统对外部负载的放电。通过控制第一电子开关K1导通时间、第二电子开关K2导通时间、第一电子开关K1和第二电子开关K2不导通时间的长短，实现储能电池系统电压不同幅度的升压输出。

第一电容C1、第二电容C2、电子开关K3、储能电感L1和L2、电力变压器T1和T2、和二极管D4或D4和D5组成降压电路，控制系统采样第一电容C1上电压信号和采样线路电流信号控制计算后，通过控制器调节第三电子开关K3的导通和关断时间的控制实现线路电压降压，通过储能电感L1或L2电流内环和第一电容C1上电压外环控制实现线路电压稳定输出，完成太阳能电池板对储能电池系统的充电，系统连接示意图如图2所示。

电子开关K1，K2，K3可以是MOSFET，也可以是IGBT等可控开通和关断的快速半导体器件。

双向直流斩波电路的升压工作原理过程分析如图3和图4所示。第一电子开关K1和第二电子开关K2在一个开关周期内有两次电子开关的开通和关断。这样就有效增加了一倍PWM开关频率，在不增加开关损耗的情况下增加了变换器的带宽，减小了磁芯元件和滤波器元件尺寸。分析工作时序时，首先假定第一电子开关K1导通，储能电池系统向储能电感充电，储能电池系统同时向负载放电，能量流向图如图3所示，然后第一电子开关K1关断，在两个电子开关均不导通的死区时间内，储能电池系统和储能电感共同向负载放电，能量流向图如图4所示，然后第二电子开关K2导通，左侧储能电池系统向储能电感充电，储能电池系统单独向负载放电，然后第二电子开关K2关断，在两个电子开关均不导通的死区时间内，电源系统和储能电感共同向负载放电，然后继续第一电子开关K1导通，循环升压放电工作。K1和K2的循环导通时序图如图5所示。通过控制第一电子开关K1导通时间的长短、第二电子开关K2导通时间的长短、第一电子开关K1和第二电子开关K2不导通时间的长短，实现储能电池系统电压不同幅度的升压输出。

双向直流斩波电路的降压工作原理过程如图6和图7所示，第三电子开关K3导通时，太阳能电池阵和储能电感共同向储能电池系统充电，能量流向如图6所示，第三电子开关K3关断时，第一储能电感L1通过第四二极管D4续流继续向储能电池系统充电，能量流向图如图7所示，然后第三电子开关K3导通，循环以上过程。通过控制第三电子开关K3的导通和关断时间长短，实现斩波电路不同幅值的降压输出。

双向直流斩波电路的升压控制过程如图8所示，通过控制电路板采样线路电流信号作为控制电流内环，采样第二电容C2上电压信号作为控制电压外环，通过PI控制或者P控制，实现升压电路稳定电压输出。仿真结果如图9所示，直线为储能储能电池系统的电压，负载侧输出为双环控制斩波电路的输出电压。仿真波形可以看出，通过很短时间的控制后，放电系统负载侧电压稳定运行，实现了储能系统对负载的放电运行，表明提出的拓扑及控制方法有效可行。

本发明双向直流斩波电路的降压控制过程如图10所示，通过控制电路板采样线路上电流信号作为控制电流内环，采样第一电容C1上电压信号作为控制电压外环，通过PI控制或者P控制，实现升压电路稳定电压输出。仿真结果如图11所示，图11中上面一条直线为直流母线电压，图11中下面的线为双环控制储能电源侧输出的电压。仿真波形可以看出，通过很短时间的控制后，储能侧电压稳定运行，实现了光伏系统对储能系统的充电运行，表明提出的拓扑及控制方法有效可行。

实施例2

图12所示为本发明的实施例2。本发明双向直流斩波电路拓扑由第一电容C1、第二电容C2、第一储能电感L1、第二储能电感L2、第一变压器T1、第二变压器T2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电子开关K1、第二电子开关K2和第三电子开关K3组成。第一电容C1的第一引出端子与第一储能电感L1的第一引出端子在第一连接点1连接；第一储能电感L1的第二引出端子、第二储能电感L2的第一引出端子、第一变压器T1的第一引出端子和第二变压器T2的第一引出端子在第二连接点2连接；第二储能电感L2的第二引出端子、第三二极管D3的第一引出端子、第三电子开关K3的第一引出端子在第三连接点3连接；第三二极管D3的第二引出端子、第三电子开关K3的第二引出端子、第二二极管D2的第二引出端子、第一二极管D1的第二引出端子和第二电容C2的第一引出端子在第四连接点4连接。第一变压器T1的第二引出端子、第一二极管D1的第一引出端子、第一电子开关K1的第一引出端子在第五连接点5连接，第二变压器T2的第二引出端子、第二二极管D2的第一引出端子、第二电子开关K2的第一引出端子在第六连接点6连接，第一电容C1的第二引出端子、第一电子开关K1的第二引出端子、第二电子开关K2的第二引出端子和第二电容C2的第二引出端子在第七连接点7连接。

第四二极管D4连接在第二连接点2和第七连接点7之间，第四二极管D4的负极连接至第二连接点2，第四二极管D4的正极连接至第七连接点7。

实施例3

图13为本发明的实施例3。本发明双向直流斩波电路拓扑由第一电容C1、第二电容C2、第一储能电感L1、第二储能电感L2、第一变压器T1、第二变压器T2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电子开关K1、第二电子开关K2和第三电子开关K3组成。第一电容C1的第一引出端子与第一储能电感L1的第一引出端子在第一连接点1连接；第一储能电感L1的第二引出端子、第二储能电感L2的第一引出端子、第一变压器T1的第一引出端子和第二变压器T2的第一引出端子在第二连接点2连接；第二储能电感L2的第二引出端子、第三二极管D3的第一引出端子、第三电子开关K3的第一引出端子、第四二极管D4的第一引出端子在第三连接点3连接；第三二极管D3的第二引出端子、第三电子开关K3的第二引出端子、第二二极管D2的第二引出端子、第一二极管D1的第二引出端子和第二电容C2的第一引出端子在第四连接点4连接。第一变压器T1的第二引出端子、第一二极管D1的第一引出端子、第一电子开关K1的第一引出端子在第五连接点5连接，第二变压器T2的第二引出端子、第二二极管D2的第一引出端子、第二电子开关K2的第一引出端子在第六连接点6连接，第一电容C1的第二引出端子、第一电子开关K1的第二引出端子、第二电子开关K2的第二引出端子和第二电容C2的第二引出端子在第七连接点7连接。

第四二极管D4连接在第五连接点5和第七连接点7之间，第四二极管D4的负极连接至第五连接点5，第四二极管D4的正极连接至第七连接点7。

实施例4

图14为本发明的实施例4，本发明双向直流斩波电路拓扑由第一电容C1、第二电容C2、第一储能电感L1、第二储能电感L2、第一变压器T1、第二变压器T2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、、第四二极管D4、第一电子开关K1、第二电子开关K2和第三电子开关K3组成。第一电容C1的第一引出端子与第一储能电感L1的第一引出端子在第一连接点1连接；第一储能电感L1的第二引出端子、第二储能电感L2的第一引出端子、第一变压器T1的第一引出端子和第二变压器T2的第一引出端子在第二连接点2连接；第二储能电感L2的第二引出端子、第三二极管D3的第一引出端子、第三电子开关K3的第一引出端子在第三连接点3连接；第三二极管D3的第二引出端子、第三电子开关K3的第二引出端子、第二二极管D2的第二引出端子、第一二极管D1的第二引出端子和第二电容C2的第一引出端子在第四连接点4连接。第一变压器T1的第二引出端子、第一二极管D1的第一引出端子、第一电子开关K1的第一引出端子在第五连接点5连接，第二变压器T2的第二引出端子、第二二极管D2的第一引出端子、第二电子开关K2的第一引出端子在第六连接点6连接，第一电容C1的第二引出端子、第一电子开关K1的第二引出端子、第二电子开关K2的第二引出端子和第二电容C2的第二引出端子在第七连接点7连接。

第四二极管D4连接在第六连接点6和第七连接点7之间，第四二极管D4的负极连接至第六连接点6，第四二极管D4的正极连接至第七连接点7。

实施例5

图15为本发明的实施例5，本发明双向直流斩波电路拓扑由第一电容C1、第二电容C2、第一储能电感L1、第二储能电感L2、第一变压器T1、第二变压器T2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第一电子开关K1、第二电子开关K2和第三电子开关K3组成。第一电容C1的第一引出端子与第一储能电感L1的第一引出端子在第一连接点1连接；第一储能电感L1的第二引出端子、第二储能电感L2的第一引出端子、第一变压器T1的第一引出端子和第二变压器T2的第一引出端子在第二连接点2连接；第二储能电感L2的第二引出端子、第三二极管D3的第一引出端子、第三电子开关K3的第一引出端子在第三连接点3连接；第三二极管D3的第二引出端子、第三电子开关K3的第二引出端子、第二二极管D2的第二引出端子、第一二极管D1的第二引出端子和第二电容C2的第一引出端子在第四连接点4连接。第一变压器T1的第二引出端子、第一二极管D1的第一引出端子、第一电子开关K1的第一引出端子在第五连接点5连接，第二变压器T2的第二引出端子、第二二极管D2的第一引出端子、第二电子开关K2的第一引出端子在第六连接点6连接，第一电容C1的第二引出端子、第一电子开关K1的第二引出端子、第二电子开关K2的第二引出端子和第二电容C2的第二引出端子在第七连接点7连接。

第四二极管D4连接在第五连接点5和第七连接点7之间，第五二极管D5连接在第六连接点6和第七连接点7之间，第四二极管D4的负极连接至第五连接点5，第四二极管D4的正极连接至第七连接点7，第五二极管D5的负极连接至第六连接点6，第五二极管D5的正极连接至第七连接点7。

实施例6

图16为本发明的实施例6，双向直流斩波电路拓扑由第一电容C1、第二电容C2、第一储能电感L1、第二储能电感L2、第一变压器T1、第二变压器T2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电子开关K1、第二电子开关K2和第三电子开关K3组成；第一电容C1的第一引出端子与第一储能电感L1的第一引出端子在第一连接点1连接；第一储能电感L1的第二引出端子、第二储能电感L2的第一引出端子、第一变压器T1的第一引出端子和第二变压器T2的第一引出端子在第二连接点2连接；第二储能电感L2的第二引出端子、第三电子开关K3的第一引出端子在第三连接点3连接；第三电子开关K3的第二引出端子、第二二极管D2的第二引出端子、第一二极管D1的第二引出端子和第二电容C2的第一引出端子在第四连接点4连接；第一变压器T1的第二引出端子、第一二极管D1的第一引出端子、第一电子开关K1的第一引出端子在第五连接点5连接，第二变压器T2的第二引出端子、第二二极管D2的第一引出端子、第二电子开关K2的第一引出端子在第六连接点6连接，第一电容C1的第二引出端子、第一电子开关K1的第二引出端子、第二电子开关K2的第二引出端子和第二电容C2的第二引出端子在第七连接点7连接。

Claims

1.一种空间用双向直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的双向直流斩波电路拓扑由第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一储能电感(L1)、第二储能电感(L2)、第一变压器(T1)、第二变压器(T2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)和第三电子开关(K3)组成；第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)和第三电子开关(K3)是可控开通和关断的快速半导体器件；第一电容(C1)的第一引出端子与第一储能电感(L1)的第一引出端子在第一连接点(1)连接，第一储能电感(L1)的第二引出端子、第二储能电感(L2)的第一引出端子、第一变压器(T1)的第一引出端子和第二变压器(T2)的第一引出端子在第二连接点(2)连接，第二储能电感(L2)的第二引出端子、第三二极管(D3)的第一引出端子、第三电子开关(K3)的第一引出端子、第四二极管(D4)的第一引出端子在第三连接点(3)连接，第三二极管(D3)的第二引出端子、第三电子开关(K3)的第二引出端子、第二二极管(D2)的第二引出端子、第一二极管(D1)的第二引出端子和第二电容(C2)的第一引出端子在第四连接点(4)连接；第一变压器(T1)的第二引出端子、第一二极管(D1)的第一引出端子、第一电子开关(K1)的第一引出端子在第五连接点(5)连接，第二变压器(T2)的第二引出端子、第二二极管(D2)的第一引出端子、第二电子开关(K2)的第一引出端子在第六连接点(6)连接，第一电容(C1)的第二引出端子、第一电子开关(K1)的第二引出端子、第二电子开关(K2)的第二引出端子、第四二极管(D4)的第二引出端子和第二电容(C2)的第二引出端子在第七连接点(7)连接。

2.一种空间用双向直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的双向直流斩波电路拓扑由第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一储能电感(L1)、第二储能电感(L2)、第一变压器(T1)、第二变压器(T2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)和第三电子开关(K3)组成；第一电容(C1)的第一引出端子与第一储能电感(L1)的第一引出端子在第一连接点(1)连接；第一储能电感(L1)的第二引出端子、第二储能电感(L2)的第一引出端子、第一变压器(T1)的第一引出端子和第二变压器(T2)的第一引出端子在第二连接点(2)连接；第二储能电感(L2)的第二引出端子、第三二极管(D3)的第一引出端子、第三电子开关(K3)的第一引出端子在第三连接点(3)连接；第三二极管(D3)的第二引出端子、第三电子开关(K3)的第二引出端子、第二二极管(D2)的第二引出端子、第一二极管(D1)的第二引出端子和第二电容(C2)的第一引出端子在第四连接点(4)连接；第一变压器(T1)的第二引出端子、第一二极管(D1)的第一引出端子、第一电子开关(K1)的第一引出端子在第五连接点(5)连接，第二变压器(T2)的第二引出端子、第二二极管(D2)的第一引出端子、第二电子开关(K2)的第一引出端子在第六连接点(6)连接，第一电容(C1)的第二引出端子、第一电子开关(K1)的第二引出端子、第二电子开关(K2)的第二引出端子和第二电容(C2)的第二引出端子在第七连接点(7)连接；第四二极管(D4)连接在第二连接点(2)和第七连接点(7)之间，第四二极管(D4)的负极连接至第二连接点(2)，第四二极管(D4)的正极连接至第七连接点(7)。

3.一种空间用双向直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的双向直流斩波电路拓扑由第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一储能电感(L1)、第二储能电感(L2)、第一变压器(T1)、第二变压器(T2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)和第三电子开关(K3)组成；第一电容(C1)的第一引出端子与第一储能电感(L1)的第一引出端子在第一连接点(1)连接；第一储能电感(L1)的第二引出端子、第二储能电感(L2)的第一引出端子、第一变压器(T1)的第一引出端子和第二变压器(T2)的第一引出端子在第二连接点(2)连接；第二储能电感(L2)的第二引出端子、第三二极管(D3)的第一引出端子、第三电子开关(K3)的第一引出端子、第四二极管(D4)的第一引出端子在第三连接点(3)连接；第三二极管(D3)的第二引出端子、第三电子开关(K3)的第二引出端子、第二二极管(D2)的第二引出端子、第一二极管(D1)的第二引出端子和第二电容(C2)的第一引出端子在第四连接点(4)连接；第一变压器(T1)的第二引出端子、第一二极管(D1)的第一引出端子、第一电子开关(K1)的第一引出端子在第五连接点(5)连接，第二变压器(T2)的第二引出端子、第二二极管(D2)的第一引出端子、第二电子开关(K2)的第一引出端子在第六连接点(6)连接，第一电容(C1)的第二引出端子、第一电子开关(K1)的第二引出端子、第二电子开关(K2)的第二引出端子和第二电容(C2)的第二引出端子在第七连接点(7)连接；第四二极管(D4)连接在第五连接点(5)和第七连接点(7)之间，第四二极管(D4)的负极连接至第五连接点(5)，第四二极管(D4)的正极连接至第七连接点(7)。

4.一种空间用双向直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的双向直流斩波电路拓扑由第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一储能电感(L1)、第二储能电感(L2)、第一变压器(T1)、第二变压器(T2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)和第三电子开关(K3)组成；第一电容(C1)的第一引出端子与第一储能电感(L1)的第一引出端子在第一连接点(1)连接；第一储能电感(L1)的第二引出端子、第二储能电感(L2)的第一引出端子、第一变压器(T1)的第一引出端子和第二变压器(T2)的第一引出端子在第二连接点(2)连接；第二储能电感(L2)的第二引出端子、第三二极管(D3)的第一引出端子、第三电子开关(K3)的第一引出端子在第三连接点(3)连接；第三二极管(D3)的第二引出端子、第三电子开关(K3)的第二引出端子、第二二极管(D2)的第二引出端子、第一二极管(D1)的第二引出端子和第二电容(C2)的第一引出端子在第四连接点(4)连接；第一变压器(T1)的第二引出端子、第一二极管(D1)的第一引出端子、第一电子开关(K1)的第一引出端子在第五连接点(5)连接，第二变压器(T2)的第二引出端子、第二二极管(D2)的第一引出端子、第二电子开关(K2)的第一引出端子在第六连接点(6)连接，第一电容(C1)的第二引出端子、第一电子开关(K1)的第二引出端子、第二电子开关(K2)的第二引出端子和第二电容(C2)的第二引出端子在第七连接点(7)连接；第四二极管(D4)连接在第六连接点(6)和第七连接点(7)之间，第四二极管(D4)的负极连接至第六连接点(6)，第四二极管(D4)的正极连接至第七连接点(7)。

5.一种空间用双向直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的双向直流斩波电路拓扑由第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一储能电感(L1)、第二储能电感(L2)、第一变压器(T1)、第二变压器(T2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)和第三电子开关(K3)组成；第一电容(C1)的第一引出端子与第一储能电感(L1)的第一引出端子在第一连接点(1)连接；第一储能电感(L1)的第二引出端子、第二储能电感(L2)的第一引出端子、第一变压器(T1)的第一引出端子和第二变压器(T2)的第一引出端子在第二连接点(2)连接；第二储能电感(L2)的第二引出端子、第三二极管(D3)的第一引出端子、第三电子开关(K3)的第一引出端子在第三连接点(3)连接；第三二极管(D3)的第二引出端子、第三电子开关(K3)的第二引出端子、第二二极管(D2)的第二引出端子、第一二极管(D1)的第二引出端子和第二电容(C2)的第一引出端子在第四连接点(4)连接；第一变压器(T1)的第二引出端子、第一二极管(D1)的第一引出端子、第一电子开关(K1)的第一引出端子在第五连接点(5)连接，第二变压器(T2)的第二引出端子、第二二极管(D2)的第一引出端子、第二电子开关(K2)的第一引出端子在第六连接点(6)连接，第一电容(C1)的第二引出端子、第一电子开关(K1)的第二引出端子、第二电子开关(K2)的第二引出端子和第二电容(C2)的第二引出端子在第七连接点(7)连接；第四二极管(D4)连接在第五连接点(5)和第七连接点(7)之间，第五二极管(D5)连接在第六连接点(6)和第七连接点(7)之间，第四二极管(D4)的负极连接至第五连接点(5)，第四二极管(D4)的正极连接至第七连接点(7)，第五二极(D5)的负极连接至第六连接点(6)，第五二极管(D5)的正极连接至第七连接点(7)。

6.一种空间用双向直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的双向直流斩波电路拓扑由第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一储能电感(L1)、第二储能电感(L2)、第一变压器(T1)、第二变压器(T2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)和第三电子开关(K3)组成；第一电容(C1)的第一引出端子与第一储能电感(L1)的第一引出端子在第一连接点(1)连接；第一储能电感(L1)的第二引出端子、第二储能电感(L2)的第一引出端子、第一变压器(T1)的第一引出端子和第二变压器(T2)的第一引出端子在第二连接点(2)连接；第二储能电感(L2)的第二引出端子、第三电子开关(K3)的第一引出端子在第三连接点(3)连接；第三电子开关(K3)的第二引出端子、第二二极管(D2)的第二引出端子、第一二极管(D1)的第二引出端子和第二电容(C2)的第一引出端子在第四连接点(4)连接；第一变压器(T1)的第二引出端子、第一二极管(D1)的第一引出端子、第一电子开关(K1)的第一引出端子在第五连接点(5)连接，第二变压器(T2)的第二引出端子、第二二极管(D2)的第一引出端子、第二电子开关(K2)的第一引出端子在第六连接点(6)连接，第一电容(C1)的第二引出端子、第一电子开关(K1)的第二引出端子、第二电子开关(K2)的第二引出端子和第二电容(C2)的第二引出端子在第七连接点(7)连接。

7.按照权利要求1至6的任何一项所述的空间用双向直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一储能电感(L1)、第二储能电感(L2)、第一变压器(T1)、第二变压器(T2)、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三电子开关(K3)组成升压电路；控制系统的采样电路采样第一储能电感(L1)或第二储能电感(L2)的电流信号作为内环控制，采样第二电容(C2)的电压信号作为外环控制，通过控制器调节第一电子开关(K1)和第二电子开关(K2)的轮流导通和关断时间的长短，以及第一电子开关(K1)和第二电子开关(K2)均不导通时间的长短，实现线路电压升压，实现能量稳定输出，完成储能电池系统对外部负载的放电，通过控制第一电子开关(K1)导通时间的长短、第二电子开关(K2)导通时间的长短、第一电子开关(K1)和第二电子开关(K2)不导通时间的长短，实现储能电池系统电压不同幅度的升压输出；第三电子开关(K3)或者用第三二极管(D3)替代；第三二极管(D3)替代第三电子开关(K3)时，第三二极管(D3)的正极连接至第三连接点(3)，第三二极管(D3)的负极连接至第四连接点(4)。

8.按照权利要求1至6的任何一项所述的空间用双向直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电子开关(K3)、第一储能电感(L1)、第二储能电感(L2)、第一变压器(T1)、第二变压器(T2)、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)组成降压电路；控制系统的采样电路采样第一储能电感(L1)或第二储能电感(L2)的电流信号作为内环控制，采样第一电容(C1)的电压信号作为外环控制，通过控制器调节第三电子开关(K3)的导通和关断时间实现线路电压降压，实现能量稳定输出，完成太阳能电池板对储能电池系统的充电，通过控制第三电子开关K3的导通和关断时间长短，实现斩波电路不同幅值的降压输出；第一电子开关(K1)或者用第四二极管(D4)替代；第四二极管(D4)替代第一电子开关(K1)时，第四二极管(D4)的正极连接至第七连接点(7)，第四二极管(D4)的负极连接至第五连接点(5)；第二电子开关(K2)或者用第五二极管(D5)替代；第五二极管(D5)替代第二电子开关(K2)时，第五二极管(D5)的正极连接至第七连接点(7)，第五二极管(D5)的负极连接至第六连接点(6)。

9.按照权利要求7所述的双向直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的控制系统包含电压和电流采样电路、控制算法电路、驱动电路，电压和电流采样电路采集双向直流斩波电路两端的电压信号和线路电流信号，电压和电流采样电路与控制算法电路连接，控制算法电路连接至驱动电路，驱动电路分别连接至第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第三电子开关(K3)。

10.按照权利要求8所述的双向直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的控制系统包含电压和电流采样电路、控制算法电路、驱动电路，电压和电流采样电路采集双向直流斩波电路两端的电压信号和线路电流信号，电压和电流采样电路与控制算法电路连接，控制算法电路连接至驱动电路，驱动电路分别连接至第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第三电子开关(K3)。

11.按照权利要求1至6的任何一项所述的空间用双向直流斩波电路拓扑，其特征在于：所述的第一储能电感(L1)和第二储能电感(L2)共磁芯，第一变压器(T1)和第二变压器(T2)共铁芯，升压斩波电路和降压斩波电路共用同一个电流采样电路。