CN113890359B - 一种三端口高可靠性的cuk DC-DC变换器 - Google Patents

一种三端口高可靠性的cuk DC-DC变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN113890359B
CN113890359B CN202111181950.5A CN202111181950A CN113890359B CN 113890359 B CN113890359 B CN 113890359B CN 202111181950 A CN202111181950 A CN 202111181950A CN 113890359 B CN113890359 B CN 113890359B
Authority
CN
China
Prior art keywords
capacitor
diode
inductance
power switch
switch tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111181950.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113890359A (zh
Inventor
邾玢鑫
吕洋
李振华
杨楠
马辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Three Gorges University CTGU
Original Assignee
China Three Gorges University CTGU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Three Gorges University CTGU filed Critical China Three Gorges University CTGU
Priority to CN202111181950.5A priority Critical patent/CN113890359B/zh
Publication of CN113890359A publication Critical patent/CN113890359A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113890359B publication Critical patent/CN113890359B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—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
    • H02M3/145—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
    • 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
    • H02M3/156—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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/005—Conversion of dc power input into dc power output using Cuk converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Abstract

一种三端口高可靠性的cuk DC‑DC变换器，包括输入单元A，升压单元B1,升压单元E1，负载单元D，输入单元A包含电感L1，L2，L3，L4，L5，电容C1，C2，C3，C4，C5，功率开关管S1，S2，S3，二极管D1，D2，D3，D4；升压单元B1包含电容C61、C17，二极管D51和电感L61；升压单元E1包含电容C81、C91，二极管D61和电感L71。本发明变换器相比于现有方案可显著减少微电源、蓄电池以及负载之间的电能转换次数，提高电能转换效率，具有输入输出电压调节范围宽、开关器件电压应力低等优势，且同时可根据需要对升压单元实现N倍升压拓展。

Description

一种三端口高可靠性的cuk DC-DC变换器
技术领域
本发明涉及一种DC-DC变换器，具体涉及一种三端口高可靠性的cuk DC-DC变换器。
背景技术
随着能源危机、温室效应以及大气污染等全球问题的日益严重，光伏发电、燃料电池发电等新能源发电技术得到了广泛的关注和快速发展，含储能单元的新能源发电系统能够稳定新能源微电源的发电出力，提高系统供电稳定性。
传统的混合型多端口变换器方案中新能源微电源和储能单元一般通过各自的DC/DC变换器与直流母线并联，虽然这种结构能够解决储能单元平衡微电源发电出力以及提高系统的供电稳定性问题，但是由于采用各自DC/DC变换器与直流母线并联式结构使储能系统每次充放电电时都要进行两次电能转换，造成电能浪费及电能利用率低等问题，且并联式结构还会增加系统设计成本以及控制器设计的复杂度。
另外目前的多端口变换器大多都是基于传统boost、sepic、zeta等变换器变结构得来，因此受限于较低的升压能力，利用耦合电感实现的高增益由于存在漏感使得开关管的电压和电流应力都较大。因此，基于现有的基本DC/DC转换器进行改进，对于减少储能系统能量转换次数、提高系统能量利用率、降低系统设计成本、优化控制器设计及实现高增益和开关管的低应力具有重要意义。
发明内容
为解决储能单元并联式结构造成的能量转换次数多，能量利用率低及提高输入输出电压增益等问题。本发明提供一种三端口高可靠性的cuk DC-DC变换器，实现了三端口DC/DC变换器和高增益DC/DC变换器的集成，可使新能源微电源发电冗余通过蓄电池储能单元直接存储起来，在光伏电池发电功率不足时，蓄电池可以将存储的电能释放出来供负载使用。该变换器相比于现有技术可显著减少微电源、蓄电池以及负载之间的电能转换次数，提高电能转换效率。
本发明采取的技术方案为：
一种三端口高可靠性的cuk DC-DC变换器，该变换器包括：输入单元A，升压单元B1，升压单元E1，负载单元D；
所述输入单元A包含电感L1、L2、L3、L4、L5，电容C1、C2、C3、C4、C5，功率开关管S1、S2、S3，二极管D1、D2、D3、D4；其中，
二极管D1的阳极连接单向输出端口uin的正极，二极管D1的阴极连接电感L1的一端，电感L1的另一端分别连接电容C1的一端、功率开关管S1的漏极、电容C2的一端，电容C2的另一端分别连接二极管D3的阳极、电感L3的一端，电感L3的另一端连接电容C3的一端；电容C1的另一端分别连接电感L2的一端、功率开关管S2的漏极，功率开关管S2的源极连接二极管D2的阳极；电容C3的另一端、二极管D3的阴极、电感L2的另一端、功率开关管S1的源极、单向输出端口uin的负极均连接接地端；
二极管D2的阴极分别连接储能单元uB的正极、电感L4的一端，电感L4的另一端分别连接功率开关管S3的漏极、电容C4的一端，电容C4的另一端分别连接二极管D4的阳极、电感L5的一端，电感L5的另一端分别连接电容C3的另一端、电容C5的一端，电容C5的另一端连接二极管D4的阴极，功率开关管S3的源极、储能单元uB的负极均连接接地端；
所述升压单元B1包含电容C61、C17，二极管D51、电感L61；其中，
电容C61的一端连接输入单元A中的电容C2的另一端，电容C61的另一端分别连接二极管D51的阳极、电感L61的一端，二极管D51的阴极连接输入单元A中的电容C3的一端，电感L61的另一端连接电容C17的一端，电容C17的另一端连接输入单元A中的电容C3的另一端；
所述升压单元E1包含电容C81、C91，二极管D61、电感L71；其中，
电容C81的一端连接输入单元A中的电容C4的另一端，电容C81的另一端分别连接电感L71的一端、二极管D61的阳极，电感L71的另一端分别连接输入单元A中的电容C5的另一端、电容C91的一端，电容C91的另一端连接二极管D61的阴极；
所述负载单元D包含负载RL，负载RL的一端连接升压单元B1中的电容C17的一端，负载RL的另一端连接升压单元E1中的电容C91的另一端。
所述输入单元A中，功率开关管S3，S2以及二极管D2分别构成储能单元uB的放电支路和充电支路，当微电源发电有冗余时，uPV通过二极管D1、电感L1、电容C1、二极管D2和功率开关管S2给储能单元uB充电,此时功率开关管S3关断；当微电源发电不足或者负载功率较大时，储能单元uB通过电感L4、电容C4、电容C81、电感L5、二极管D4、电感L71和二极管D61给负载供电，此时功率开关管S3导通、功率开关管S2关断。
该变换器工作于四种不同的状态，分别为：
(1)单输入双输出状态：当光伏电池发电冗余时，光伏发电同时给负载和储能单元供电，在该状态下：功率开关管S3一直关断，功率开关管S1、S2采用交错控制方式，功率开关管S2控制储能单元的充电电压，功率开关管S2只在功率开关管S1关断时导通，且功率开关管S1、S2的占空比之和小于1。
(2)双输入单输出状态：当负载功率要求大于光伏电池发电量时，光伏电池和储能单元同时给负载供电，在该状态下：功率开关管S2一直关断，由光伏电池供电：调节功率开关管S1的占空比，来调节光伏板发出的功率；由储能单元供电：调节功率开关管S3的占空比，来调节储能单元发出的功率。
(3)单输入单输出状态：当光伏电池不能发电时，储能单元单独给负载供电。在该状态下，功率开关管S1，S2一直关断，通过调节功率开关管S3的占空比来调节输出功率。
(4)单输入单输出状态：当储能单元充满电，光伏电池单独为负载供电，在该状态下：功率开关管S2，S3一直关断，通过调节功率开关管S1的占空比来调节输出功率。
与现有技术相比，本发明一种三端口高可靠性的cuk DC-DC变换器，技术效果如下：
1)、本发明通过改进传统的变换器的结构，实现了储能单元的接入，仅包括三个开关，实现光伏发电、电池充放电和高增益输出。能同时实现SIDO、DISO、SIS0多种工作状态的切换，各个端口之间实现一次电能转换，减少能量转换次数，提高能量利用率。
2)、本发明提出的新型高增益三端口DC/DC变换器，由于端口电压限制较宽松，可以灵活地设定负载电压水平，大大扩展了其应用范围。此外，由于电源和负载之间的单级功率转换，大大提高了转换器的效率。通过升压单元同时实现输入输出电压高增益，降低了主功率开关管电压电流应力。
3)、该变换器适用于含储能单元的新能源发电系统。
附图说明
图1是本发明电路原理图。
图2是本发明拓展N个升压单元电路原理图。
图3(a)是本发明在光伏电池板SISO工况下输入电压upv为40，升压单元个数为1时的电感L1、电感L3、电感L61、电感L4的波形图；
图3(b)是本发明在光伏电池板SISO工况下输入电压upv为40，升压单元个数为1时的电容C1、C2、C3、C61电压以及输出电压U0波形图；
图3(c)是本发明在光伏电池板SISO工况下输入电压upv为40，升压单元个数为1时的功率开关管S1、S2、S3所承受的反向电压波形图；
图3(d)是本发明在光伏电池板SISO工况下输入电压upv为40，升压单元个数为1时的光伏板电压以及功率开关管S1、S2、S3驱动波形图。
图4(a)是本发明在蓄电池SISO工况下蓄电池电压uB为50，升压单元个数为1时的电感L1、电感L4、电感L5、电感L71电流波形图；
图4(b)是本发明在蓄电池SISO工况下蓄电池电压uB为50，升压单元个数为1时的电容C4、C5、C81、C91电压以及输出电压U0波形图；
图4(c)是本发明在蓄电池SISO工况下蓄电池电压uB为50，升压单元个数为1时的功率开关管S1、S2、S3所承受的反向电压波形图；
图4(d)是本发明在蓄电池SISO工况下蓄电池电压uB为50，升压单元个数为1时的蓄电池电压以及功率开关管S1、S2、S3驱动波形图。
图5(a)是本发明在DISO工况下输入电压upv为40，蓄电池电压uB为50，升压单元个数为1时的电感L1、电感L3、电感L4、电感L5、电感L61、电感L71波形图；
图5(b)是本发明在DISO工况下输入电压upv为40，蓄电池电压uB为50，升压单元个数为1时的电容C1、C17、C2、C3、C4、C5、C61、C81、C91电压以及输出电压U0波形图；
图5(c)是本发明在DISO工况下输入电压upv为40，蓄电池电压uB为50，升压单元个数为1时的功率开关管S1、S2、S3所承受的反向电压波形图；
图5(d)是本发明在DISO工况下输入电压upv为40，蓄电池电压uB为50，升压单元个数为1时的蓄电池电压、光伏板电压以及功率开关管S1、S2、S3驱动波形图。
图6(a)是本发明在SIDO工况下输入电压upv为40，升压单元个数为1时的电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、电感L61波形图；
图6(b)是本发明在SIDO工况下输入电压upv为40，升压单元个数为1时的电容C1、C2、C3、C61电压、输出电压U0以及蓄电池UB充电电压波形图；
图6(c)是本发明在SIDO工况下输入电压upv为40，升压单元个数为1时的功率开关管S1、S2、S3所承受的反向电压波形图；
图6(d)是本发明在SIDO工况下输入电压upv为40，升压单元个数为1时的光伏板电压、蓄电池充电电流以及功率开关管S1、S2、S3驱动波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种三端口高可靠性的cuk DC-DC变换器，该变换器包含输入单元A，升压单元B1,升压单元E1，负载单元D，其内部连接关系为：
输入单元A包含五个电感L1，L2，L3，L4，L5，五个电容C1，C2，C3，C4，C5，三个功率开关管S1，S2，S3，四个二极管D1，D2，D3，D4；其连接形式如下：电感L1的一端与二极管D1的阴极相连，电感L1的另一端分别与电容C1的一端、功率开关管S1的漏极以及电容C2的一端相连，电感L2的一端分别与电容C1的另一端以及功率开关管S2的漏极相连，电感L2的另一端分别与单向输出端口uPV的负极、功率开关管S1的源极、二极管D3的阴极、电容C3的另一端相连以及地相连，电感L3的一端分别与二极管D3的阳极以及电容C2的另一端相连，电感L3的另一端与电容C3的一端相连，电感L4的一端分别与二极管D2的阴极以及储能单元uB的正极相连，电感L4的另一端分别与功率开关管S3的漏极以及电容C4的一端相连，电感L5的一端分别与二极管D4的阳极以及电容C4的另一端相连，电感L5的另一端分别与电容C3的另一端以及电容C5的一端相连，电容C5的另一端与二极管D4的阴极相连，二极管D1的阳极与单向输出端口uPV的正极相连，二极管D2的阳极与功率开关管S2的源极相连，功率开关管S3的源极分别与地以及储能单元uB的负极相连；所述升压单元B1包含电容C61、C17，二极管D51、电感L61；其中，
电容C61的一端连接输入单元A中的电容C2的另一端，电容C61的另一端分别连接二极管D51的阳极、电感L61的一端，二极管D51的阴极连接输入单元A中的电容C3的一端，电感L61的另一端连接电容C17的一端，电容C17的另一端连接输入单元A中的电容C3的另一端；
所述升压单元E1包含电容C81、C91，二极管D61、电感L71；其中，
电容C81的一端连接输入单元A中的电容C4的另一端，电容C81的另一端分别连接电感L71的一端、二极管D61的阳极，电感L71的另一端分别连接输入单元A中的电容C5的另一端、电容C91的一端，电容C91的另一端连接二极管D61的阴极；所述负载单元D包含负载RL，负载RL的一端连接升压单元B1中的电容C17的一端，负载RL的另一端连接升压单元E1中的电容C91的另一端。
输入单元A中，功率开关管S3，S2以及二极管D2分别构成蓄电池的放电支路和充电支路，当微电源发电有冗余时，uPV通过二极管D1、电感L1、电容C1、二极管D2和功率开关管S2给蓄电池充电，此时功率开关管S3关断；当微电源发电不足或者负载功率较大时，蓄电池通过电感L4、电容C4、电容C81、电感L5、二极管D4、电感L71和二极管D61给负载供电，此时功率开关管S3导通、功率开关管S2关断。
该变换器工作于四种不同的状态，分别为：
(1)单输入双输出状态：当光伏电池发电冗余时，光伏发电同时给负载和蓄电池供电，在该状态下：功率开关管S3一直关断，功率开关管S1、S2采用交错控制方式，功率开关管S2控制蓄电池的充电电压，功率开关管S2只在功率开关管S1关断时导通，且功率开关管S1、S2的占空比之和小于1。
(2)双输入单输出状态：当负载功率要求大于光伏电池发电量时，光伏电池和蓄电池同时给负载供电，在该状态下：功率开关管S2一直关断，由光伏电池供电：调节功率开关管S1的占空比，来调节光伏板发出的功率；由蓄电池供电：调节功率开关管S3的占空比，来调节蓄电池发出的功率。
(3)单输入单输出状态：当光伏电池不能发电时，蓄电池单独给负载供电。在该状态下，功率开关管S1，S2一直关断，通过调节功率开关管S3的占空比来调节输出功率。
(4)单输入单输出状态：当蓄电池充满电，光伏电池单独为负载供电，在该状态下：功率开关管S2，S3一直关断，通过调节功率开关管S1的占空比来调节输出功率。
图2是本发明拓展N个升压单元电路原理图，可根据需要对升压单元实现N倍升压拓展。本发明的扩展方案：还可以包括N个升压单元BN,N个升压单元EN。
一种三端口高可靠性的cuk DC-DC变换器，该变换器包括：输入单元A、N个升压单元BN、N个升压单元EN、负载单元D；
所述输入单元A包含五个电感L1，L2，L3，L4，L5，五个电容C1，C2，C3，C4，C5，三个功率开关管S1，S2，S3，四个二极管D1，D2，D3，D4；其连接形式如下：电感L1的一端与二极管D1的阴极相连，电感L1的另一端分别与电容C1的一端、功率开关管S1的漏极以及电容C2的一端相连，电感L2的一端分别与电容C1的另一端以及功率开关管S2的漏极相连，电感L2的另一端分别与单向输出端口uPV的负极、功率开关管S1的源极、二极管D3的阴极、电容C3的另一端相连以及地相连，电感L3的一端分别与二极管D3的阳极以及电容C2的另一端相连，电感L3的另一端与电容C3的一端相连，电感L4的一端分别与二极管D2的阴极以及储能单元uB的正极相连，电感L4的另一端分别与功率开关管S3的漏极以及电容C4的一端相连，电感L5的一端分别与二极管D4的阳极以及电容C4的另一端相连，电感L5的另一端分别与电容C3的另一端以及电容C5的一端相连，电容C5的另一端与二极管D4的阴极相连，二极管D1的阳极与单向输出端口uPV的正极相连，二极管D2的阳极与功率开关管S2的源极相连，功率开关管S3的源极分别与地以及储能单元uB的负极相连；
N个升压单元EN中：
第一个升压单元包括：电感L61、二极管D51、电容C61、电容C17；其中：
电容C61一端连接输入单元A中的电容C2另一端，电容C61另一端分别连接电感L61一端、二极管D51阳极，电感L61另一端连接电容C17一端，二极管D51阴极与电感L3的另一端相连，电容C17另一端与电容C3另一端相连；
第二个升压单元包括：电感L62、二极管D52、电容C62、电容C27；其中：
电容C62一端连接电容C61另一端，电容C62另一端分别连接电感L62一端、二极管D52阳极，电感L62另一端连接电容C27一端，二极管D52阴极与电感L61的另一端相连，电容C27另一端与电容C17另一端相连；
第三个升压单元包括：电感L63、二极管D53、电容C63、电容C37；其中：
电容C63一端连接电容C62另一端，电容C63另一端分别连接电感L63一端、二极管D53阳极，电感L63另一端连接电容C37一端，二极管D53阴极与电感L62的另一端相连，电容C37另一端与电容C27另一端相连；
……依次类推：
第N-1个升压单元包括：电感L6(N-1)、二极管D5(N-1)、电容C6(N-1)、电容C(N-1)7；其中：
电容C6(N-1)一端连接电容C6(N-2)另一端，电容C6(N-1)另一端分别连接电感L6(N-1)一端、二极管D5(N-1)阳极，电感L6(N-1)另一端连接电容C(N-1)7一端，二极管D5(N-1)阴极与电感L6(N-2)的另一端相连，电容C(N-1)7另一端与电容C(N-2)7另一端相连；
第N个升压单元包括：电感L6N、二极管D5N、电容C6N、电容CN7；其中：
电容C6N一端连接电容C6(N-1)另一端，电容C6N另一端分别连接电感L6N一端、二极管D5N阳极，电感L6N另一端连接电容CN7一端，二极管D5N阴极与电感L6(N-1)的另一端相连，电容CN7另一端与电容C(N-1)7另一端相连；
N个升压单元CN中：
第一个升压单元包括：电感L71、二极管D61、电容C81、电容C91；其中：
电容C81一端连接输入单元A中的电容C4另一端，电容C81另一端分别连接电感L71一端、二极管D61阳极，电感L71另一端连接电容C91一端，二极管D61阴极与电容C91的另一端相连；
第二个升压单元包括：电感L72、二极管D62、电容C82、电容C92；其中：
电容C82一端连接输入单元A中的电容C4另一端，电容C82另一端分别连接电感L72一端、二极管D62阳极，电感L72另一端连接电容C92一端，二极管D62阴极与电容C92的另一端相连；
第三个升压单元包括：电感L73、二极管D63、电容C83、电容C93；其中：
电容C83一端连接输入单元A中的电容C4另一端，电容C83另一端分别连接电感L73一端、二极管D63阳极，电感L73另一端连接电容C93一端，二极管D63阴极与电容C93的另一端相连；
……依次类推：
第N-1个升压单元包括：电感L7(N-1)、二极管D6(N-1)、电容C8(N-1)、电容C9(N-1)；其中：
电容C8(N-1)一端连接输入单元A中的电容C4另一端，电容C8(N-1)另一端分别连接电感L7(N-1)一端、二极管D6(N-1)阳极，电感L7(N-1)另一端连接电容C9(N-1)一端，二极管D6(N-1)阴极与电容C9(N-1)的另一端相连；
第N个升压单元包括：电感L7N、二极管D6N、电容C8N、电容C9N；其中：
电容C8N一端连接输入单元A中的电容C4另一端，电容C8N另一端分别连接电感L7N一端、二极管D6N阳极，电感L7N另一端连接电容C9N一端，二极管D6N阴极与电容C9N的另一端相连；
所述负载单元D包含负载RL,负载单元D包含负载RL，负载RL的一端连接电容CN7的一端，负载RL的另一端连接电容C9N的另一端。
综上所述,本发明提出的一种三端口高可靠性的cuk DC-DC变换器，实现储能单元接入,储能单元和光伏电池之间协调工作以及输出电压高增益。通过集成式三端口DC/DC变换器解决了传统并联式结构能量利用率低和设计成高等问题,通过升压倍增单元实现输入输出高增益,降低了主功率开关管上的电压电流应力。本发明适用于含储能单元的新能源发电系统。

Claims (2)

1.一种三端口高可靠性的cuk DC-DC变换器，其特征在于,该变换器包括：输入单元A，升压单元B1，升压单元E1，负载单元D；
所述输入单元A包含电感L1、L2、L3、L4、L5，电容C1、C2、C3、C4、C5，功率开关管S1、S2、S3，二极管D1、D2、D3、D4；其中，
二极管D1的阳极连接单向输出端口uin的正极，二极管D1的阴极连接电感L1的一端，电感L1的另一端分别连接电容C1的一端、功率开关管S1的漏极、电容C2的一端，电容C2的另一端分别连接二极管D3的阳极、电感L3的一端，电感L3的另一端连接电容C3的一端；电容C1的另一端分别连接电感L2的一端、功率开关管S2的漏极，功率开关管S2的源极连接二极管D2的阳极；电容C3的另一端、二极管D3的阴极、电感L2的另一端、功率开关管S1的源极、单向输出端口uin的负极均连接接地端；
二极管D2的阴极分别连接储能单元uB的正极、电感L4的一端，电感L4的另一端分别连接功率开关管S3的漏极、电容C4的一端，电容C4的另一端分别连接二极管D4的阳极、电感L5的一端，电感L5的另一端分别连接电容C3的另一端、电容C5的一端，电容C5的另一端连接二极管D4的阴极，功率开关管S3的源极、储能单元uB的负极均连接接地端；
所述升压单元B1包含电容C61、C17，二极管D51、电感L61；其中，
电容C61的一端连接输入单元A中的电容C2的另一端，电容C61的另一端分别连接二极管D51的阳极、电感L61的一端，二极管D51的阴极连接输入单元A中的电容C3的一端，电感L61的另一端连接电容C17的一端，电容C17的另一端连接输入单元A中的电容C3的另一端；
所述升压单元E1包含电容C81、C91，二极管D61、电感L71；其中，电容C81的一端连接输入单元A中的电容C4的另一端，电容C81的另一端分别连接电感L71的一端、二极管D61的阳极，电感L71的另一端分别连接输入单元A中的电容C5的另一端、电容C91的一端，电容C91的另一端连接二极管D61的阴极；
所述负载单元D包含负载RL负载RL的一端连接升压单元B1中的电容C17的一端，负，载RL的另一端连接升压单元E1中的电容C91的另一端；
所述输入单元A中，功率开关管S3，S2以及二极管D2分别构成储能单元uB的放电支路和充电支路，当微电源发电有冗余时，uPV通过二极管D1、电感L1、电容C1、二极管D2和功率开关管S2给储能单元uB充电，此时功率开关管S3关断；当微电源发电不足或者负载功率较大时，储能单元uB通过电感L4、电容C4、电容C81、电感L5、二极管D4、电感L71和二极管D61给负载供电，此时功率开关管S3导通、功率开关管S2关断。
2.根据权利要求1所述一种三端口高可靠性的cuk DC-DC变换器，其特征在于：该变换器工作于四种不同的状态，分别为：
(1)单输入双输出状态：当光伏电池发电冗余时，光伏发电同时给负载和储能单元供电，在该状态下：功率开关管S3一直关断，功率开关管S1、S2采用交错控制方式，功率开关管S2控制储能单元的充电电压，功率开关管S2只在功率开关管S1关断时导通，且功率开关管S1、S2的占空比之和小于1；
(2)双输入单输出状态：当负载功率要求大于光伏电池发电量时，光伏电池和储能单元同时给负载供电，在该状态下：功率开关管S2一直关断，由光伏电池供电：调节功率开关管S1的占空比，来调节光伏板发出的功率；由储能单元供电：调节功率开关管S3的占空比，来调节储能单元发出的功率；
(3)单输入单输出状态：当光伏电池不能发电时，储能单元单独给负载供电；在该状态下，功率开关管S1，S2一直关断，通过调节功率开关管S3的占空比来调节输出功率；
(4)单输入单输出状态：当储能单元充满电，光伏电池单独为负载供电，在该状态下：功率开关管S2，S3一直关断，通过调节功率开关管S1的占空比来调节输出功率。
CN202111181950.5A 2021-10-11 2021-10-11 一种三端口高可靠性的cuk DC-DC变换器 Active CN113890359B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111181950.5A CN113890359B (zh) 2021-10-11 2021-10-11 一种三端口高可靠性的cuk DC-DC变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111181950.5A CN113890359B (zh) 2021-10-11 2021-10-11 一种三端口高可靠性的cuk DC-DC变换器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113890359A CN113890359A (zh) 2022-01-04
CN113890359B true CN113890359B (zh) 2023-10-27

Family

ID=79005929

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111181950.5A Active CN113890359B (zh) 2021-10-11 2021-10-11 一种三端口高可靠性的cuk DC-DC变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113890359B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102035391A (zh) * 2009-09-28 2011-04-27 南京理工大学 基于Cuk变换器的高频隔离式三电平直-直变换器
JP2013135570A (ja) * 2011-12-27 2013-07-08 Denso Corp Ｄｃ−ｄｃコンバータ
CN108092512A (zh) * 2017-12-11 2018-05-29 三峡大学 一种多工况高增益多端口dc/dc变换器
CN111464024A (zh) * 2020-04-30 2020-07-28 三峡大学 一种具备高增益升压能力的Buck-Boost DC-DC变换器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102035391A (zh) * 2009-09-28 2011-04-27 南京理工大学 基于Cuk变换器的高频隔离式三电平直-直变换器
JP2013135570A (ja) * 2011-12-27 2013-07-08 Denso Corp Ｄｃ−ｄｃコンバータ
CN108092512A (zh) * 2017-12-11 2018-05-29 三峡大学 一种多工况高增益多端口dc/dc变换器
CN111464024A (zh) * 2020-04-30 2020-07-28 三峡大学 一种具备高增益升压能力的Buck-Boost DC-DC变换器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种三端口高增益DC/DC变换器;王辉;陈耀;张文博;;电力科学与工程(第08期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113890359A (zh) 2022-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108092512B (zh) 一种多工况高增益多端口dc/dc变换器
CN112737328B (zh) 一种非隔离型高增益三端口变换器
CN110912245B (zh) 一种三端口集成式光伏储能变换器
CN113098271B (zh) 基于开关电容的高增益三端口dc-dc变换器
CN110212842B (zh) 一种用于光伏储能系统的三端口集成式变换器及控制方法
CN113965081B (zh) 一种基于Cuk的多工况高增益三端口DC-DC变换器
CN112803768B (zh) 一种三端口高增益直流变换器
CN111245224B (zh) 一种可扩展的零输入电流纹波高增益直流变换器
CN209200934U (zh) 一种融合耦合电感技术的直流三电平升压变换器
CN113890359B (zh) 一种三端口高可靠性的cuk DC-DC变换器
CN114221545A (zh) 一种高压增益升压cuk电路及控制方法、控制装置
CN215934729U (zh) 一种新型宽输入范围三端口变换器
CN112865536B (zh) 一种高电压增益非隔离三端口变换器
CN113890358B (zh) 一种三端口高可靠性的sepic DC-DC变换器
CN214674892U (zh) 一种高增益三端口dc/dc变换器
CN113890357B (zh) 一种基于Sepic的多工况高增益三端口DC-DC变换器
CN113890356B (zh) 一种新型的高增益双输入dc-dc变换器
CN111130343B (zh) 一种带有泵升电容的双输入高升压比直流变换器
CN109921638B (zh) 一种双开关高升压比直流变换器
CN109905025B (zh) 一种高增益dc-dc开关变换器
CN113691131B (zh) 一种宽输入范围三端口变换器控制方法
CN111030450B (zh) 一种升降压非隔离型三端口直流变换器
CN216599418U (zh) 一种融合开关电容技术的高增益耦合电感dc-dc变换器
CN212935780U (zh) 高增益组合式Zeta-Buck/Boost变换器
CN110855145B (zh) 三端口直流变换器及其控制方法和电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20220104

Assignee: Nanjing Chixun Electric Technology Co.,Ltd.

Assignor: CHINA THREE GORGES University

Contract record no.: X2023980049857

Denomination of invention: A Three Port High Reliability Cuk DC-DC Converter

Granted publication date: 20231027

License type: Common License

Record date: 20231206

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract