CN206237308U - 多路dc输入单路dc输出的变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多路DC输入单路DC输出的变换器，包括：四个直流斩波电路，由电容和变压器组成的隔直电路，以及整流电路；其中：四个直流斩波电路的输入端分别接入直流电压、输出端串联在一起，通过控制功率开关的通断将多个直流电压叠加在一起，从而产生类似正弦波的多阶直流电压；通过一个电容将直流电压隔直后，得到交流电压，并连接到变压器原边，进行升降压变换，变压器副边连接一个整流电路，将交流电压变换为直流电压，从而完成DC‑DC电力变换。本实用新型电路结构简单，控制策略简单，可同时将多个直流电压变换成一个直流电压，使用变压器调节输出电压的同时隔离了输入输出端，有一定的应用价值。

Description

多路DC输入单路DC输出的变换器

技术领域

本实用新型涉及电力电子变换技术领域，具体地，涉及一种分布式多路DC输入单路DC输出的变换器。

背景技术

DC-DC电力变换器是一种电能转换装置，将一种具有特定电压的直流电转变为具有另一种特定电压的直流电。传统的DC-DC变换电路有Buck电路、Boost电路、Buck-Boost电路、Cuk电路等非隔离型电路，以及正激电路、反激电路、半桥电路和全桥电路等隔离型电路。

经过对现有技术的检索发现，目前对DC-DC变换器的研究主要集中在Buck、Boost等电路以及双向DC-DC变换器上。林维明等人在2012年的《中国电机工程学报》上提出了“一种改变单周期控制策略的双向大变比DC-DC开关变换器”，该变换器将耦合电感引入非隔离双向DC-DC变换器，实现了输入输出电压大变比和效率的提升，该变换器还实现了有效控制和提高负载的动态响应能力。向军在2012年公开的实用新型专利中提出了“一种带隔离变压器的多电平光伏并网逆变器”，由前置DC-DC变换器、高频SPWM调制电路、隔离变压器、整流单元和隔直单元组成，减少了开关器件的损耗，达到了很高的转换效率。

综上所述，目前对DC-DC电压变换器的探索很多，但是结构和控制策略往往很复杂，而且对多电压进行变换的能力稍有不足。

随着实践应用的推广，设计一种能够对多个分布式直流电压进行变换、隔离输入输出端并且输出电压可调的DC-DC电力变换器成为一个值得研究的方向。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种多路DC输入单路DC输出的变换器，适用于分布式多路直流电压输入。

为实现以上目的，本实用新型提供一种多路DC输入单路DC输出的变换器，包括：第一～第四直流电源U_i1、U_i2、U_i3和U_i4，第一～第四直流斩波电路，隔直电路，整流电路，隔直电路由电容C1和变压器T1组成，其中：第一～第四直流斩波电路的输入端分别接入第一～第四直流电源U_i1、U_i2、U_i3和U_i4，第一～第四直流斩波电路的输出端串联在一起，且该输出端串联后连接电容C1的一端，电容C1将直流电压隔直后，得到交流电压，电容C1的另一端连接到变压器T1原边进行升降压变换，变压器T1副边连接一个整流电路，将交流电压变换为直流电压。

优选地，所述第一直流斩波电路由第一电解电容E1、第一功率开关S1、第二功率开关S2构成，其中：第一电解电容E1的正极连接第一直流电源U_i1的正极和第一功率开关S1的漏极，第一电解电容E1的负极连接第一直流电源U_i1的负极，第二功率开关S2的漏极连接第一功率开关S1的源极，第二功率开关S2的源极连接第一电解电容E1的负极；输入电压U_i1、输出电压U_o1的公共端为第一电解电容E1的负极；

所述第二直流斩波电路由第二电解电容E2、第三功率开关S3、第四功率开关S4构成，其中：第二电解电容E2的正极连接第二直流电源U_i2的正极和第三功率开关S3的漏极，第二电解电容E2的负极连接第二直流电源U_i2的负极，第四功率开关S4的漏极连接第三功率开关S3的源极，第四功率开关S4的源极连接第二电解电容E2的负极，第三功率开关S3、第四功率开关S4的连接点与第二功率开关S2的源极相连；输入电压U_i2与输出电压U_o2的公共端为第二电解电容E2的负极；

所述第三直流斩波电路由第三电解电容E3、第五功率开关S5、第六功率开关S6构成，其中：第三电解电容E3的正极连接第三直流电源U_i3的正极和第五功率开关S5的漏极，第三电解电容E3的负极连接第三直流电源U_i3的负极，第六功率开关S6的漏极连接第五功率开关S5的源极，第六功率开关S6的源极连接第三电解电容E3的负极，第五功率开关S5、第六功率开关S6的连接点与第四功率开关S4的源极相连；输入电压U_i3与输出电压U_o3的公共端为第三电解电容E3的负极；

所述第四直流斩波电路由第四电解电容E4、第七功率开关S7、第八功率开关S8构成，其中：第四电解电容E4的正极连接第四直流电源U_i4的正极和第七功率开关S7的漏极，第四电解电容E4的负极连接第四直流电源U_i4的负极，第八功率开关S8的漏极连接第七功率开关S7的源极，第八功率开关S8的源极连接第四电解电容E4的负极，第七功率开关S7、第八功率开关S8的连接点与第六功率开关S6的源极相连；输入电压U_i4与输出电压U_o4的公共端为第四电解电容E4的负极。

优选地，所述电容C1的一端与第一功率开关S1和第二功率开关S2的连接点相连，所述电容的C1另一端与变压器T1原边同名端相连，变压器T1原边异名端连接第八功率开关S8的源极。

优选地，所述的整流电路，包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五电解电容E5和电阻R1；其中：

所述第一二极管D1的阳极与变压器T1副边同名端、第二二极管D2的阴极相连，所述第一二极管D1的阴极与第三二极管D3的阴极、第五电解电容E5的正极和电阻R1的一端相连，所述第四二极管D4的阴极与第三二极管D3的阳极、变压器T1副边异名端相连，所述第四二极管D4的阳极与第二二极管D2的阳极、第五电解电容E5的负极和电阻R1的另一端相连。

本实用新型中四个直流斩波电路的连接方式，可以获得包络线为高频正弦波的阶梯电压波形，但是含有直流电压分量，后面再次串联隔直的交流电容后，可以滤除该直流电压分量，得到包络线为高频正弦波的电压波形，便于通过变压器进行变压。本实用新型可以利用分布式直流电压，获得一路高质量的直流电压，而且具有电气隔离效果。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、使用变压器进行升降压操作，同时隔离了输入输出端，增加了安全性；

2、可将多个分布式直流电压转换成一个直流电压，采用电容将直流电压隔直，变为交流电压；

3、电路拓扑和控制策略简单，易于推广应用；

4、适用于分布式多路直流电压输入。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型一实施例的电路原理图；

图2为本实用新型一实施例的各开关门极脉冲信号时序图和逆变电路前端电压波形图；

图中：第一直流斩波电路1，第二直流斩波电路2，第三直流斩波电路3，第四直流斩波电路4，隔直电路5，整流电路6。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实施例提供一种多路DC输入单路DC输出的变换器，包括：四个直流斩波电路，分别为第一直流斩波电路1、第二直流斩波电路2、第三直流斩波电路3、第四直流斩波电路4；一个隔直电路5，包括一个电容C1和一个变压器T1；一个整流电路6；其中：

所述第一直流斩波电路1、第二直流斩波电路2、第三直流斩波电路3、第四直流斩波电路4的输入端分别接入第一～第四直流电源U_i1、U_i2、U_i3和U_i4，第一直流斩波电路1、第二直流斩波电路2、第三直流斩波电路3、第四直流斩波电路4的输出端串联在一起，并通过控制功率开关的通断来将多个直流电压叠加在一起，从而产生类似正弦波的多阶直流电压；且该输出端串联后连接电容C1的一端，电容C1将直流电压隔直后，得到交流电压，电容C1的另一端连接到变压器T1原边，进行升降压变换，变压器T1的副边连接一个整流电路6，整流电路6将交流电压变换为直流电压，从而完成DC-DC电力变换。

所述电解电容E1、逆导型开关器件S1和逆导型开关器件S2构成第一直流斩波电路1，其中：电解电容E1的正极接直流电源U_i1和逆导型开关器件S1的漏极，逆导型开关器件S2的漏极连接逆导型开关器件S1的源极，逆导型开关器件S2的源极连接电解电容E1的负极，输出U_o1；

所述电解电容E2、逆导型开关器件S3和逆导型开关器件S4构成第二直流斩波电路2，其中：电解电容E2的正极接直流电源U_i2和逆导型开关器件S3的漏极，逆导型开关器件S4的漏极连接逆导型开关器件S3的源极，逆导型开关器件S4的源极连接电解电容E2的负极，逆导型开关器件S3和逆导型开关器件S4的连接点与逆导型开关器件S2的源极相连，输出U_o2；

所示电解电容E3、逆导型开关器件S5和逆导型开关器件S6构成第三直流斩波电路3，其中：电解电容E3的正极接直流电源U_i3和逆导型开关器件S5的漏极，逆导型开关器件S6的漏极连接逆导型开关器件S5的源极，逆导型开关器件S6的源极连接电解电容E3的负极，逆导型开关器件S5和逆导型开关器件S6的连接点与逆导型开关器件S4的源极相连，输出U_o3；

所述电解电容E4、逆导型开关器件S7和逆导型开关器件S8构成第四直流斩波电路4，其中：电解电容E4的正极接直流电源U_i4和逆导型开关器件S7的漏极，逆导型开关器件S8的漏极连接逆导型开关器件S7的源极，逆导型开关器件S8的源极连接电解电容E4的负极，逆导型开关器件S7和逆导型开关器件S8的连接点与逆导型开关器件S6的源极相连，输出U_o4。

所述隔直电路5由一个电容C1和一个变压器T1构成；具体地：

所述电容C1的一端与逆导型开关器件S1和逆导型开关器件S2的连接点相连，电容C1的另一端与变压器T1原边同名端相连，变压器T1原边异名端连接逆导型开关器件S8的源极。

所述的整流电路6，包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五电解电容E5和电阻R1；其中：

所述第一二极管D1的阳极与变压器T1副边同名端、第二二极管D2的阴极相连，所述第一二极管D1的阴极与第三二极管D3的阴极、第五电解电容E5的正极和电阻R1的一端相连，所述第四二极管D4的阴极与第三二极管D3的阳极、变压器T1副边异名端相连，所述第四二极管D4的阳极与第二二极管D2的阳极、第五电解电容E5的负极和电阻R1的另一端相连。

上述各个元器件的具体选型如下：

直流电源U_i1：60V；

直流电源U_i2、U_i3和U_i4：30V；

电解电容E1—E4：耐压100V，220μF，用于稳压隔直；

逆导型开关器件S1-S8：600V，30A/100℃；

变压器T1：变比自定；

二极管D1—D4：200V，10A/100℃，用于整流；

电解电容E5：200V，220μF，用于稳压；

电容C1：650V，22μF，用于隔直；

电阻R1：100kΩ，2W，用于稳压。

整个电路具体工作时：

第一直流斩波电路1、第二直流斩波电路2、第三直流斩波电路3、第四直流斩波电路4的输入端分别接入直流电源U_i1、U_i2、U_i3和U_i4，第一直流斩波电路1、第二直流斩波电路2、第三直流斩波电路3、第四直流斩波电路4的输出端串联在一起；

不工作时，所有功率开关，即逆导型开关器件S1—S8处于关断状态；

正常工作后：逆导型开关器件S1与逆导型开关器件S2开关状态互补，一通一断；逆导型开关器件S3与逆导型开关器件S4开关状态互补，一通一断；逆导型开关器件S5与逆导型开关器件S6开关状态互补，一通一断；逆导型开关器件S7与逆导型开关器件S8开关状态互补，一通一断；上管逆导型开关器件S1、S3、S5、S7导通时，相应的斩波电路输出高电平；下管逆导型开关器件S2、S4、S6、S7导通时，相应的斩波电路输出低电平；

通过控制所有功率开关，即逆导型开关器件S1—S8的通断规律，可以得到图2中的输出电压U_o1、U_o2、U_o3、U_o4；将多个直流电压叠加在一起，产生类似正弦波的多阶直流电压且含有直流分量，如图2中的UAC；通过一个电容C1将直流电压隔直后，得到交流电压，如图2中的UBC；并连接到变压器T1原边，进行升降压变换，副边连接一个整流电路6，将交流电压变换为直流电压Uo，从而完成DC-DC电力变换。

本实用新型所述的变换器可适用于需要对多个直流电压进行DC-DC变换以及需要输入输出之间电气隔离的场合。本实用新型电路拓扑简单，控制策略简单，输出电压可调范围大，具有很好的应用价值。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种多路DC输入单路DC输出的变换器，其特征在于，包括：第一～第四直流电源U_i1、U_i2、U_i3和U_i4，第一～第四直流斩波电路，隔直电路，整流电路，隔直电路由电容C1和变压器T1组成，其中：第一～第四直流斩波电路的输入端分别接入第一～第四直流电源U_i1、U_i2、U_i3和U_i4，第一～第四直流斩波电路的输出端串联在一起，且该输出端串联后连接电容C1的一端，电容C1将直流电压隔直后，得到交流电压，电容C1的另一端连接到变压器T1原边进行升降压变换，变压器T1副边连接一个整流电路，将交流电压变换为直流电压。

2.根据权利要求1所述的一种多路DC输入单路DC输出的变换器，其特征在于：

所述第一直流斩波电路由第一电解电容E1、第一功率开关S1、第二功率开关S2构成，其中：第一电解电容E1的正极连接第一直流电源U_i1的正极和第一功率开关S1的漏极，第一电解电容E1的负极连接第一直流电源U_i1的负极，第二功率开关S2的漏极连接第一功率开关S1的源极，第二功率开关S2的源极连接第一电解电容E1的负极；输入电压U_i1、输出电压U_o1的公共端为第一电解电容E1的负极；

所述第二直流斩波电路由第二电解电容E2、第三功率开关S3、第四功率开关S4构成，其中：第二电解电容E2的正极连接第二直流电源U_i2的正极和第三功率开关S3的漏极，第二电解电容E2的负极连接第二直流电源U_i2的负极，第四功率开关S4的漏极连接第三功率开关S3的源极，第四功率开关S4的源极连接第二电解电容E2的负极，第三功率开关S3、第四功率开关S4的连接点与第二功率开关S2的源极相连；输入电压U_i2与输出电压U_o2的公共端为第二电解电容E2的负极；

所述第三直流斩波电路由第三电解电容E3、第五功率开关S5、第六功率开关S6构成，其中：第三电解电容E3的正极连接第三直流电源U_i3的正极和第五功率开关S5的漏极，第三电解电容E3的负极连接第三直流电源U_i3的负极，第六功率开关S6的漏极连接第五功率开关S5的源极，第六功率开关S6的源极连接第三电解电容E3的负极，第五功率开关S5、第六功率开关S6的连接点与第四功率开关S4的源极相连；输入电压U_i3与输出电压U_o3的公共端为第三电解电容E3的负极；

所述第四直流斩波电路由第四电解电容E4、第七功率开关S7、第八功率开关S8构成，其中：第四电解电容E4的正极连接第四直流电源U_i4的正极和第七功率开关S7的漏极，第四电解电容E4的负极连接第四直流电源U_i4的负极，第八功率开关S8的漏极连接第七功率开关S7的源极，第八功率开关S8的源极连接第四电解电容E4的负极，第七功率开关S7、第八功率开关S8的连接点与第六功率开关S6的源极相连；输入电压U_i4与输出电压U_o4的公共端为第四电解电容E4的负极。

3.根据权利要求2所述的一种多路DC输入单路DC输出的变换器，其特征在于，所述电容C1的一端与第一功率开关S1和第二功率开关S2的连接点相连，所述电容的C1另一端与变压器T1原边同名端相连，变压器T1原边异名端连接第八功率开关S8的源极。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种多路DC输入单路DC输出的变换器，其特征在于，所述的整流电路，包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五电解电容E5和电阻R1；其中：

所述第一二极管D1的阳极与变压器T1副边同名端、第二二极管D2的阴极相连，所述第一二极管D1的阴极与第三二极管D3的阴极、第五电解电容E5的正极和电阻R1的一端相连，所述第四二极管D4的阴极与第三二极管D3的阳极、变压器T1副边异名端相连，所述第四二极管D4的阳极与第二二极管D2的阳极、第五电解电容E5的负极和电阻R1的另一端相连。