CN109494987A - 非隔离多端口双向升降压型直流变换器 - Google Patents

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张东来
王磊
段金沛
查达润
杨泰榟
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    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
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    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel

Abstract

本发明公开一种非隔离多端口双向升降压型直流变换器，包括至少三个双向直流变换单元、与所述至少三个双向直流变换单元连接的直流母线，所述直流母线包括直流母线电容，其中，每个双向直流变换单元均包括电感、第一开关管、以及第二开关管，所述电感的一端连接一个端口，所述电感的另一端分别与所述第一开关管的源级、所述第二开关管的漏级连接，所述第一开关管的漏级与所述直流母线电容的一端连接，所述直流母线电容的另一端与所述第二开关管的源级连接，所述直流母线电容的另一端接地。本发明提升了直流变换器的适用范围，简化了开关管的控制，提高了辅助电源的可靠性和稳定性。

Description

非隔离多端口双向升降压型直流变换器
技术领域
本发明涉及电力电子变换器技术领域，尤其涉及一种非隔离多端口双向升降压型直流变换器。
背景技术
双向升降压型直流变换器常用于电池的充放电应用中，近年来，在光伏和燃料电池等新能源发电领域和储能领域得到广泛的研究和应用。
以往研究较多的非隔离双向升降压型直流变换器是如图1所示的四开关正极性输出双向Buck/Boost变换器，如中国专利202206310U号，但是其开关控制复杂，驱动电路复杂。
多端口变换器，尤其是三端口变换器，在新能源汽车领域、光伏发电领域和储能等领域有着重要的应用。以往关于多端口的研究主要是基于四开关双向Buck/Boost变换器推演得到的双向多端口变换器，如中国专利103199699A号，其同样存在开关控制复杂的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种非隔离多端口双向升降压型直流变换器，旨在提升直流变换器的适用范围，简化开关管的控制，提高辅助电源的可靠性和稳定性。
为实现上述目的，本发明提供一种非隔离多端口双向升降压型直流变换器，包括至少三个双向直流变换单元、与所述至少三个双向直流变换单元连接的直流母线，所述直流母线包括直流母线电容，其中，每个双向直流变换单元均包括电感、第一开关管、以及第二开关管，所述电感的一端连接一个端口，所述电感的另一端分别与所述第一开关管的源级、所述第二开关管的漏级连接，所述第一开关管的漏级与所述直流母线电容的一端连接，所述直流母线电容的另一端与所述第二开关管的源级连接，所述直流母线电容的另一端接地。
本发明的进一步的技术方案是，所述双向直流变换单元还包括滤波电容，所述滤波电容的一端与所述电感的一端连接，所述滤波电容的另一端接地。
本发明的有益效果是：本发明非隔离多端口双向升降压型直流变换器通过上述技术方案，包括至少三个双向直流变换单元、与所述至少三个双向直流变换单元连接的直流母线，所述直流母线包括直流母线电容，其中，每个双向直流变换单元均包括电感、第一开关管、以及第二开关管，所述电感的一端连接一个端口，所述电感的另一端分别与所述第一开关管的源级、所述第二开关管的漏级连接，所述第一开关管的漏级与所述直流母线电容的一端连接，所述直流母线电容的另一端与所述第二开关管的源级连接，所述直流母线电容的另一端接地，相对于现有技术，具有可拓展性，提升了直流变换器的适用范围，简化了开关管的控制，提高了辅助电源的可靠性和稳定性。
附图说明
图1是现有技术中四开关正极性输出双向Buck/Boost变换器的电路结构示意图；
图2是现有技术中基本双向Buck/Boost变换器的电路结构示意图；
图3是本发明非隔离多端口双向升降压型直流变换器第一实施例的电路结构示意图；
图4是本发明非隔离多端口双向升降压型直流变换器第二实施例的电路结构示意图；
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。
请参照图2，图2是现有技术中基本双向Buck/Boost变换器的电路结构示意图。
现有技术中基本双向Buck/Boost变换器包括开关管Q1、Q2、Q3、Q4，电感L1、L2，滤波电容C1、C2和中间母线电容C3；其中，电感L1、电容C1和开关管Q1、Q2组成第一个端口直流变换器，L1的一端与C1相连，作为第一个端口，另一端连接Q1的源极和Q2的漏极，Q2的源极接地，C1的另一端接地；电感L2、电容C2和开关管Q3、Q4组成第二个端口直流变换器，L2的一端与C2相连，作为第二个端口，另一端连接Q3的源极和Q4的漏极，Q4的源极接地，C2的另一端接地；母线电容C3的一端与开关管Q1、Q3的漏极连接在一起，另一端接地。
在图2所示的基本双向Buck/Boost变换器基础上进行推演，本发明提出一种非隔离多端口双向升降压型直流变换器。
请参照图3和图4，本发明提出一种非隔离多端口双向升降压型直流变换器，其中，图3是本发明非隔离多端口双向升降压型直流变换器第一实施例的流程示意图，图4是本发明非隔离多端口双向升降压型直流变换器第二实施例的流程示意图。
本发明非隔离多端口双向升降压型直流变换器第一实施例包括至少三个双向直流变换单元、与所述至少三个双向直流变换单元连接的直流母线，所述直流母线包括直流母线电容，其中，每个双向直流变换单元均包括电感、第一开关管、以及第二开关管，所述电感的一端连接一个端口，所述电感的另一端分别与所述第一开关管的源级、所述第二开关管的漏级连接，所述第一开关管的漏级与所述直流母线电容的一端连接，所述直流母线电容的另一端与所述第二开关管的源级连接，所述直流母线电容的另一端接地。
进一步的，所述双向直流变换单元还包括滤波电容，所述滤波电容的一端与所述电感的一端连接，所述滤波电容的另一端接地。
具体的，如图3所示，本实施例中，所述非隔离多端口双向升降压型直流变换器由N个双向直流变换单元构成，其中，N为大于2的正整数，每个双向直流变换单元均包括一个电感和两个开关管；其中，电感LN的一端作为第N个端口，另一端与开关管Q2N-1的源极和Q2N的漏极相连，Q2N的源极接地。
所述非隔离多端口双向升降压型直流变换器包括N个滤波电容C1、C2、···、CN；其中，电容CN的一端连接第N个端口，另一端接地。
所述非隔离多端口双向升降压型直流变换器还包括中间母线电容CN+1，所述中间母线电容CN+1的一端与开关管Q1、Q3、···、Q2N-1的漏极相连，另一端接地。
如图2所示，图2是本发明非隔离多端口双向升降压型直流变换器第二实施例的电路结构示意图。
可以理解的是，本实施例中包括有三个直流变换单元，构建成非隔离三端口双向升降压型直流变换器。
本实施例中，该非隔离多端口双向升降压型直流变换器包括开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，电感L1、L2、L3；其中，电感L1和开关管Q1、Q2组成第一个端口直流变换单元，电感L1的一端作为第一个端口，另一端连接Q1的源极和Q2的漏极，Q2的源极接地；电感L2和开关管Q3、开关管Q4组成第二个端口直流变换单元，电感L2的一端作为第二个端口，另一端连接Q3的源极和Q4的漏极，Q4的源极接地；电感L3和开关管Q5、Q6组成第三个端口直流变换单元，电感L3的一端作为第三个端口，另一端连接Q5的源极和Q6的漏极，Q6的源极接地；开关管Q1、Q3、Q5的漏极连接在一起。
本实施例中，所述非隔离三端口双向升降压型直流变换器还包括滤波电容C1、C2、C3；其中，电容C1的一端连接第一个端口，另一端接地；电容C2的一端连接第二个端口，另一端接地；电容C3的一端连接第三个端口，另一端接地。
本实施例中，所述非隔离三端口双向升降压型直流变换器还包括中间母线电容C4；C4的一端和开关管Q1、Q3、Q5的漏极连接在一起，另一端接地。
可以理解的是，本发明非隔离多端口双向升降压型直流变换器的任意两个端口之间可实现双向升降压功能，针对其中某一个端口直流变换单元而言，若把端口侧作为输入，母线电容侧作为输出，则该直流变换单元是一个Boost变换器，可实现升压功能；若把母线电容侧作为输入，端口侧作为输出，则该变换单元是一个Buck变换器，可实现降压功能。因此任意两个端口之间可实现双向升降压功能。
本发明非隔离多端口双向升降压型直流变换器的各端口独立控制：中间母线电容实现了各个端口之间的解耦，每个端口变换单元都是一个独立的变换器，其作为输入时，实现升压功能；作为输出时，实现降压功能。各端口之间的独立控制，可以极大地简化控制的复杂度。
此外，本发明非隔离多端口双向升降压型直流变换器具有稳定的直流母线：作为各个端口共用的直流母线，其作为某些端口变换单元的输出的同时，也是某些端口变换单元的输入，通常该母线电压是受控的，相对比较稳定，因此有利于系统中辅助电源的获取，同时可以提高辅助电源的稳定性和可靠性。
本发明非隔离多端口双向升降压型直流变换器每个端口变换单元均采用同步管的方式实现，可以极大地提高变换器的效率，同时各个端口共用一个中间母线电容，可以有效减小体积，因此可以获得较高的功率密度。
综上所述，本发明非隔离多端口双向升降压型直流变换器通过上述技术方案，包括至少三个双向直流变换单元、与所述至少三个双向直流变换单元连接的直流母线，所述直流母线包括直流母线电容，其中，每个双向直流变换单元均包括电感、第一开关管、以及第二开关管，所述电感的一端连接一个端口，所述电感的另一端分别与所述第一开关管的源级、所述第二开关管的漏级连接，所述第一开关管的漏级与所述直流母线电容的一端连接，所述直流母线电容的另一端与所述第二开关管的源级连接，所述直流母线电容的另一端接地，相对于现有技术，具有可拓展性，提升了直流变换器的适用范围，简化了开关管的控制，提高了辅助电源的可靠性和稳定性。
以上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等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种非隔离多端口双向升降压型直流变换器，其特征在于，包括至少三个双向直流变换单元、与所述至少三个双向直流变换单元连接的直流母线，所述直流母线包括直流母线电容，其中，每个双向直流变换单元均包括电感、第一开关管、以及第二开关管，所述电感的一端连接一个端口，所述电感的另一端分别与所述第一开关管的源级、所述第二开关管的漏级连接，所述第一开关管的漏级与所述直流母线电容的一端连接，所述直流母线电容的另一端与所述第二开关管的源级连接，所述直流母线电容的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的非隔离多端口双向升降压型直流变换器，其特征在于，所述双向直流变换单元还包括滤波电容，所述滤波电容的一端与所述电感的一端连接，所述滤波电容的另一端接地。
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