CN109309450A - 一种高升压比的非隔离型双向dc/dc变换器 - Google Patents

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郅欢
程盛
童亦斌
张维戈
姜久春
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Abstract

本发明公开一种高升压比的非隔离型双向DC/DC变换器，能够实现宽范围高升压比调节。变换器系统由多个标准模块组成，标准模块以BUCK‑BOOST电路为基本拓扑。标准模块通过各自的闭环控制回路来调节开关管占空比，从而实现各自的电压抬升。系统将多个模块的输出端串联以实现系统总的输出电压的抬升，总输出电压为电压较低的输入电压与各标准模块输出电压之和。整个系统通过采用输入端并联、输出端串联的方式将总的输出电压抬升分配到各个标准模块，每一级模块的升压比较系统总的升压比降低，从而使得每一级模块都具有宽范围的占空比调节，也即实现了变换器总体占空比宽范围调节的目的。同时整个变换器系统通过采用输出端并联的方式使得变换器整体效率较高。

Description

一种高升压比的非隔离型双向DC/DC变换器
技术领域
本发明涉及DC/DC变换器技术领域，特别涉及一种具有高升压比的非隔离型双向DC/DC变换器，其在输入输出电压相差较大时依然能够高效稳定地运行。
背景技术
随着环境和资源问题的日益紧张，新能源的开发和利用越来越受到人们的重视，而微网作为组织新能源发电和储能的有效形式自提出后得到广泛和深入研究。光伏和储能系统一般接入到微网中进行控制和应用。微网中光伏和储能系统的输出电压一般较低，而直流母线电压较高，若将光伏和储能系统接入到直流微网，则中间需要升压比较高的DC/DC变换器。传统的非隔离型DC/DC变换器升压比较低，而隔离型DC/DC变换器效率较低，因而本发明提出采用如图1所示的具有高升压比且效率较高的非隔离型双向DC/DC变换器进行光伏和储能系统的并网。
直流微网母线电压一般为100到400V，而光伏和燃料电池的输出电压一般在25与45V之间，若用传统的非隔离型DC/DC变换器将光伏和燃料电池接入到母线电压为380V的直流微网中，会导致开关管占空比接近于1，此时由于升压比太高，低端电压处的电流很大，系统的实际效率会很低。另外采用多级变换器串联虽也可以达到很高的升压比,但低压侧电流大，系统的总效率为各级变换器效率的乘积,因此总体效率会受到限制。若使用隔离型DC/DC变换器，则变压器副边绕组对原边绕组的匝数比较高，这样会使原副边耦合较差，产生较大漏感。较大的漏感会导致开关管上产生较高的电压尖峰，严重降低变换器效率。
因此，研究出一种具有高升压比的双向高效DC/DC变换器具有重要意义。本发明提出的具有高升压比的非隔离型双向DC/DC变换器可以有效解决上述变换器出现的问题，其既具有较高升压比，又能够高效稳定运行。
发明内容
针对以上现有存在的问题，本发明提供一种高升压比的非隔离型双向DC/DC变换器，变换器为多模块输入并联、输出串联的拓扑结构，每个模块的电感电流一致，每一级的实际处理功率也相同。变换器总的输出电压是所有模块输出电压与输入电压之和，其总体需要提升的电压被分配到各个模块，因此单个模块需要实现的升压比降低，这样的结构形式有效地提高了变换器的整体效率。当输出电压与输入电压的差距较大时，每级模块需承受的输出电压变高，但是变换器的输入并联结构，其均流效果减小了各模块中开关器件需承受的电流大小，这使得开关器件的选型有了更宽范围。本发明中的变换器可采用交错串联控制技术进行控制，这种控制方式可有效减小各模块的输入电流纹波和输出电压纹波。
进一步地，利用标准BUCK-BOOST模块能够实现电压抬升。
进一步地，变换器系统通过将输入电压与各标准模块的输出串联实现高输出电压。
进一步地，标准模块通过闭环控制实现每一级的电压独立控制。
本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具体的积极有益效果为：
1、整个变换器的每级模块结构统一，电路结构清晰。
2、变换器中每级模块的占空比都在合适范围内，每级模块的稳定运行保证了整个变换器的稳定运行。
3、变换器采用输出串联的方式提升了输出电压，进而具有高升压比。
4、变换器为多模块输入并联、输出串联的结构形式，易于扩容。
5、整个变换器系统可以实现冗余运行。
附图说明
图1是标准模块示意图变换器系统示意图
图2是变换器系统示意图
图3是Buck-Boost变换器输入并联输出串联3级模块组合示意图
图4是开关控制方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
一种高升压比的非隔离型双向DC/DC变换器，变换器为多模块输入并联、输出串联的拓扑结构，每个模块的电感电流一致，每一级的实际处理功率也相同。变换器总的输出电压是所有模块输出电压与输入电压之和，其总体需要提升的电压被分配到各个模块，因此单个模块需要实现的升压比降低，这样的结构形式有效地提高了变换器的整体效率。当输出电压与输入电压的差距较大时，每级模块需承受的输出电压变高，但是变换器的输入并联结构，其均流效果减小了各模块中开关器件需承受的电流大小，这使得开关器件的选型有了更宽范围。本发明中的变换器可采用交错串联控制技术进行控制，这种控制方式可有效减小各模块的输入电流纹波和输出电压纹波。
其中，利用标准BUCK-BOOST模块能够实现电压抬升。
其中，变换器系统通过将输入电压与各标准模块的输出串联实现高输出电压。
其中，标准模块通过闭环控制实现每一级的电压独立控制。
本发明标准模块单元采用输入输出同相的Buck-Boost功率变换电路，电路拓扑如图2所示，可以实现能量的双向流动功能。为了更好的实现控制，需配置下列检测环节：输入电压检测；输出电压检测；支路电流检测（电感电流，双极性）。
如图2所示，约定模块左侧为输入端、右侧为输出端，Uin为输入电压，Uout为输出电压，规定功率流向由输入端到输出端为正方向，则系统具有两种工作模式：升压模式和降压模式。
单个标准模块具有各自的闭环控制回路，分别实现各自的升压，整个变换器系统则是将n个标准模块的输出端串联实现系统输出电压的整体抬升，再加上输入电压构成总的输出电压，即输出电压为电压较低的输入电压与n个模块的输出电压之和。图3所示为三个标准模块构成的变换器系统，这三个模块输入端并联连接，输出端串联连接，从而实现高升压比。系统中第一级模块的输出端负极与输入电源的正极相连，所以可去掉该模块中得输入端正极和输出端负极的两个开关管，这种设计对第一级模块的控制和运行都没有影响。由图3可知，输出电压为输入电压与三个模块的输出电压之和，即Uout=Uin+Uout1+Uout2+Uout3。整个变换器系统的输入端与输出端共地。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.一种高升压比的非隔离型双向DC/DC变换器，其特征在于：变换器为多模块输入并联、输出串联的拓扑结构，每个模块的电感电流一致，每一级的实际处理功率也相同；变换器总的输出电压是所有模块输出电压与输入电压之和，其总体需要提升的电压被分配到各个模块，因此单个模块需要实现的升压比降低，这样的结构形式有效地提高了变换器的整体效率；当输出电压与输入电压的差距较大时，每级模块需承受的输出电压变高，但是变换器的输入并联结构，其均流效果减小了各模块中开关器件需承受的电流大小，这使得开关器件的选型有了更宽范围；本发明中的变换器可采用交错串联控制技术进行控制，这种控制方式可有效减小各模块的输入电流纹波和输出电压纹波。
2.根据权利要求1所述的一种高升压比的非隔离型双向DC/DC变换器，其特征是：利用标准BUCK-BOOST模块能够实现电压抬升。
3.根据权利要求1所述的一种高升压比的非隔离型双向DC/DC变换器，其特征是：变换器系统通过将输入电压与各标准模块的输出串联实现高输出电压。
4.根据权利要求1所述的一种高升压比的非隔离型双向DC/DC变换器，其特征是：标准模块通过闭环控制实现每一级的电压独立控制。
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