CN107947148B - 电源控制器多母线电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源控制器多母线电路，包括：若干个并联的电源控制器，各电源控制器之间通过双向变换器连接，每一电源控制器的输出端连接对应的配电单元PDU或负载。本发明通过该电源控制器多母线电路，实现整机上的高压超大功率，而且该架构采用高压母线，在相同输出功率等级下降低了负载电流，进而降低了大电流带来的发热和损耗等问题，提高了大功率电源系统的可靠性。

Description

电源控制器多母线电路
技术领域
本发明涉及电源控制器技术领域，尤其涉及一种电源控制器多母线电路。
背景技术
随着蓄电池等储能设备的发展，储能电源的需求不断提高。同时，卫星和航天器的电源功率需求也在不断提高，因此，对超大功率电源控制器的设计提出了新的要求。
其中，对于母线电压大于100V的大功率PCU来讲，如果继续使用SR结构对太阳电池阵的设计要求较高，并且分流时需要承担的瞬态电流更大，对功率管的导通电流和耐压等要求更高。尽管SR分流结构的效率较高，但采用这种体制的PCU功率密度低，模块数量多。
发明内容
本发明提供一种可以实现高压大功率的电源控制器多母线电路，提高大功率电源系统的可靠性。
为实现上述目的，本发明提供的一种电源控制器多母线电路，包括：若干个并联的电源控制器，各电源控制器之间通过双向变换器连接，每一电源控制器的输出端连接对应的配电单元PDU或负载。
其中，所述双向变换器为双向DC/DC变换器，各电源控制器的母线间能量通过所述双向DC/DC变换器调度。
其中，所述电源控制器包括：由功率调节单元、太阳能电池、蓄电池构成的拓扑结构，其中，所述功率调节单元的输出端与配电单元PDU或负载连接；所述太阳能电池及蓄电池分别与所述功率调节单元的输入端连接。
其中，该多母线架构对于多种功率拓扑，所述功率调节单元可为多端口变换器或多功能模块组成的多种形式的功率单元/系统，如以B3C拓扑为核心的三端口变换器，或S3R架构下的SUN、BCR、BDR功率模块组成的功率单元/系统。。
其中，各电源控制器中的太阳能电池或蓄电池的电压不同。
特别的，功率调节单元所在的模块，代表一类可使SA、母线、电池之间实现能量调度的功率变换器，可以为基于顺序分流原理的S3R架构，也可为三端口变换器。如以B3C拓扑为核心的三端口变换器，或S3R架构下的SUN、BCR、BDR功率模块组成的功率单元/系统。
本发明的有益效果为：
1)避免了PCU整机最大功率的限制；
2)在原有设计上实现大功率，可靠性高、研发周期短；
4)各PCU均能独立闭环；
5)各小PCU架构不受整体架构影响，若选取B3C拓扑作为核心变换器，则具有高效率特点，且功率密度极高，具有最大功率点跟踪(MPPT)功能，进一步降低了太阳能帆板的重量；
6)双向DC/DC变换器可实现母线间能量的调度，架构本身也提高了PCU整机的可靠性。
附图说明
图1是本发明电源控制器多母线电路示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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。
如图1所示，本发明提出一种电源控制器多母线电路，包括：若干个并联的电源控制器，各电源控制器之间通过双向变换器连接，每一电源控制器的输出端连接对应的PDU(power distribution unit，配电单元)或负载。
由此，通过该电源控制器多母线电路，实现整机上的高压超大功率，而且该架构采用高压母线，在相同输出功率等级下降低了负载电流，进而降低了大电流带来的发热和损耗等问题，提高了大功率电源系统的可靠性。
其中，作为一种实施方式，各电源控制器之间的双向变换器可以为双向DC/DC变换器，各电源控制器的母线间能量通过所述双向DC/DC变换器调度。
本实施例中，每个电源控制器输出为一个母线，由于元器件不可避免的差异性，母线电压可能存在差异，多母线架构母线之间不是直接连接，而是通过双向DC/DC变换器连接的。在某一电源控制器输出能量不足时，通过双向DC/DC变换器，使其他电源控制器多余的能量为能量不足的电源控制器提供能量。
本实施例所述电源控制器包括：由功率调节单元、太阳能电池、蓄电池构成的拓扑结构，其中，所述功率调节单元的输出端与配电单元PDU或负载连接；所述太阳能电池及蓄电池分别与所述功率调节单元的输入端连接。
其中，功率调节单元所在的模块，代表一类可使SA、母线、电池之间实现能量调度的功率变换器，该多母线架构对于多种功率拓扑，所述功率调节单元可为多端口变换器或多功能模块组成的多种形式的功率单元/系统，如以B3C拓扑为核心的三端口变换器，或S3R架构下的SUN、BCR、BDR功率模块组成的功率单元/系统。
本实施例中，各电源控制器中的太阳能电池或蓄电池的电压可以不同。
以下对本发明实施例方案进行详细阐述：
本发明电源控制器多母线电路通过N个小功率等级(相对较小)的PCU(电源控制器)互联实现比现有功率水平大5-10倍的太阳能系统，如图1所示。每个小PCU为其配备一定功率的载荷配额，实现载荷的供电需求。当各电源控制器工作正常时，当相应的小PCU没有能量，或者说失效时，可通过双向DC/DC直接给载荷供电。
在该系统中，每个小PCU单独稳定母线，可独立完成太阳能转换，电池充放电，载荷供电。小PCU的功率调节单元可由多种架构实现，以B3C拓扑(一体化架构的核心拓扑，一种三端口变换器)构成为例，B3C拓扑非常适用于该架构，在一个拓扑中包括三个端口，一端连接太阳电池阵，一端连接蓄电池，另一端连接母线，即一个B3C拓扑构成的功率调节模块实现SR架构下S3R+BCDR或S4R+BDR方案中的两种甚至三种模块的功能。
当每个小PCU的母线互联时，可使负载尽可能均分成若干个PDU，分别由相对独立的PCU供电，该小PCU输出功率满足所分配负载的需求功率，这样可使各PCU输出的母线电压基本一致，不会出现多电压母线系统。
此外，由于器件参数之间差异，会造成各PCU母线电压存在微小的不同，此时可使双向DC/DC进行调节，使其两端母线电压尽可能一致，实际上提高了母线电压的精确度，实现了两个小PCU之间的能量调度。同时，若某一小PCU供电输出不满足负载需求时，如某一小PCU内部的模块失效，可通过进行大功率的功率变换来进行能量调度。
考虑到正常工作的各PCU时，其母线电压差很小，虽然此时双向DC/DC开关损耗也会很小，但优先考虑变换器效率，此时DC/DC处于关闭状态可使整个系统的效率更高。
如图1所示，本发明中高压超大功率电源控制器多母线电路，对于某一母线负载PLn，有两个可单独为其供电的电路，分别是单独的PCUn和由双向DC/DC和N-1个PCU组成的供电系统，这一设计本身就具有能量调度和冗余特性，提高了大功率电源系统的可靠性。
相比现有技术，本发明具有如下优点：
1)避免了PCU整机最大功率的限制；
2)在原有设计上实现大功率，可靠性高、研发周期短；
4)各PCU均能独立闭环；
5)各小PCU架构不受整体架构影响，若选取B3C拓扑作为核心变换器，则具有高效率特点，且功率密度极高，具有最大功率点跟踪(MPPT)功能，进一步降低了太阳能帆板的重量；
6)双向DC/DC变换器可实现母线间能量的调度，架构本身也提高了PCU整机的可靠性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种电源控制器多母线电路，其特征在于，由若干个并联的电源控制器、双向变换器、所述多母线构成，所述若干个并联的电源控制器之间没有公共母线，每个电源控制器输出为一个母线，各电源控制器的输出母线之间通过双向变换器连接，每一电源控制器的输出端连接对应的配电单元PDU或负载；
所述电源控制器包括：由功率调节单元、太阳能电池、蓄电池构成的拓扑结构，其中，所述功率调节单元的输出端与配电单元PDU或负载连接；所述太阳能电池及蓄电池分别与所述功率调节单元的输入端连接；各电源控制器中的太阳能电池或蓄电池的电压不同。
2.根据权利要求1所述的电源控制器多母线电路，其特征在于，所述双向变换器为双向DC/DC变换器，各电源控制器的母线间能量通过所述双向DC/DC变换器调度。
3.根据权利要求1所述的电源控制器多母线电路，其特征在于，所述功率调节单元为多端口变换器或S3R架构下的SUN、BCR、BDR功率模块组成的功率单元或系统。
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