CN208424199U - 一种dc/dc电源电路、包含该电路的电源及其应用 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种DC/DC电源电路、包含该电路的电源及其应用，本实用新型可应用于光伏燃料电池混合发电系统，其构思为DC/DC电源电路分两级组成，前级由两个直流输入电源构成的H桥式输入电源结构，后级为DC/DC变换器功率单元；H桥输入电源模块中包括三只开关管，用于灵活切换分布式发电系统的供电电源工作状态；DC/DC变换器功率单元，用于将其两个输入端的直流电压转换成可以被直流母线匹配的高压直流；本实用新型能提高分布式光伏发电系统的能量利用率，节省发电系统的运行成本。

Description

一种DC/DC电源电路、包含该电路的电源及其应用

技术领域

本实用新型涉及DC/DC电源电路，特别涉及应用于光伏燃料电池混合发电系统的DC/DC 单元。

背景技术

随着可再生能源发电技术的大力发展，独立的分布式发电系统逐渐成为满足就地负荷增长需求、减少环境污染、提高能源综合利用效率和供电可靠性的一种新的有效解决方案。

如今分布式光伏电源越来越受到市场的青睐，应用场合越来越多。但是由于光伏电源存在间歇性和波动性的问题，导致其作为分布式电源存在发电功率不确定和发电时间不确定等方面的不足。另外在光伏发电电压很低时，发电功率无法被直流母线端使用，导致光伏发电系统存在一定的弃电现象，这也就造成了目前分布式光伏发电存在能源综合利用率不高的状况，无法实现光伏发电最优的能量转化率。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种DC/DC电源电路、包含该电路的电源及应用该电源的光伏燃料电池混合发电系统，该系统既能够同时给负载供电，又可以独立的作为供电电源分别给负载供电。该系统解决了单纯光伏电池发电过程中存在的间歇性和波动性问题；同时，还能提升输入电源端的整体电压，成功利用光伏发电的低压输入部分，减少光伏电源的弃电现象，提高了发电能量的综合利用率。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：

一种DC/DC电源电路，包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和DC/DC变换器；DC/DC变换器的输入正端、第一开关管的导通电流流出端、第一开关管的导通电流流入端、第二开关管的导通电流流入端、第二开关管的导通电流流出端、第三开关管的导通电流流出端、第三开关管的导通电流流入端及DC/DC变换器的输入负端顺次连接，第一开关管的导通电流流入端即为DC/DC电源电路的第一输入正端，DC/DC变换器的输入负端即为DC/DC电源电路的第一输入负端，DC/DC变换器的输入正端即为DC/DC电源电路的第二输入正端，第三开关管的导通电流流出端即为DC/DC电源电路的第二输入负端，DC/DC变换器的输出正端即为DC/DC电源电路的输出正端，DC/DC变换器的输出负端即为DC/DC电源电路的输出负端；第一开关管、第二开关管和第三开关管的控制端用于输入控制各开关管导通或关断的控制信号。

优选地，第一开关管、第二开关管和第三开关管为MOS管。

优选地，第一开关管、第二开关管和第三开关管为IGBT管。

优选地，DC/DC变换器的输入输出为10倍以上电压倍比。

本实用新型还提供应用上述电路的电源，上述电路的第一输入正端、第一输入负端、第二输入正端、第二输入负端、输出正端、输出负端、第一开关管的控制端、第二开关管的控制端和第三开关管的控制端为电源的9个端子。

本实用新型还提供应用上述电路的光伏燃料电池混合发电系统，第一输入正端连接光伏电池的正极，第一输入负端连接光伏电池的负极，第二输入正端连接燃料电池的正极，第二输入负端连接燃料电池的负极，输出正端连接直流母线的正极，输出负端连接直流母线的负极。

本实用新型的光伏燃料电池混合发电系统构思为DC/DC电源电路分两级组成，前级由两个直流输入电源构成的H桥式输入电源结构，后级为DC/DC变换器功率单元；H桥输入电源模块中包括三只开关管，用于灵活切换分布式发电系统的供电电源工作状态；DC/DC变换器功率单元，用于将其两个输入端的直流电压转换成可以被直流母线匹配的高压直流。

术语解释：

开关管的控制端：控制开关导通与截止的端口，如对于MOS管，指的是MOS管的栅极；对于三极管，指的是三极管的基极。

开关管的导通电流流入端：开关导通后，电流流入的端口，如对于MOS管，指的是MOS 管的漏极，无论N沟道、P沟道、增强型还是耗尽型MOS管，在导通时，电流都是由电压高的漏极流向电压低的源极；对于三极管，指的是三极管的集电极，在导通时，电流是由电压高的集电极流向电压低的发射极。

开关管的导通电流流出端：开关导通后，电流流出的端口，如对于MOS管，指的是MOS 管的源极；对于三极管，指的是三极管的发射极。

H桥式输入电源：由两个直流输入电源构成的桥式输入结构，由于电路形状酷似字母H，故本申请命名为“H桥”式输入电源。H桥式输入电源具体结构为：第一个直流输入电源与第一只开关管串联组成第一个两端子网络，第一个直流输入电源的正极即为第一个两端子网络的正极，第一个直流输入电源的负极即为第一个两端子网络的负极；第二个直流输入电源与第二只开关管串联组成第二个两端子网络，第二个直流输入电源的正极即为第二个两端子网络的正极，第二个直流输入电源的负极即为第二个两端子网络的负极；第一个两端子网络的正极与第二个两端子网络的正极相连，第一个两端子网络的负极与第二个两端子网络的负极相连；第一个直流输入电源与第一只开关管的连接点与第二个直流输入电源与第二只开关管的连接点之间连接有第三只开关管；第一个两端子网络和第二个两端子网络中的直流输入电源和开关管的位置关系为交叉排列。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型提供一种应用于光伏燃料电池混合发电系统的DC/DC电源电路，可以让光伏发电系统和燃料电池系统作为独立的功能单元给输出负载供电。使得光伏发电系统在发电量不足或负载过重，光伏发电能源不能单独满足负荷需求时，可以实时的将燃料电池接入到电源系统中，让其作为峰值负荷的电源补充能源；当光伏发电系统不能够正常工作时，可以本实用新型电路可以让燃料电池单独作为供能单元给直流母线供能；当光照充足，光伏发电能源满足负荷需求时，可以让燃料电池供能单元实时脱网，让光伏发电单元单独作为供能单元给直流母线供能，满足负荷需求。因此本实用新型提供分布式DC/DC电源电路方案不仅工作方式非常灵活，而且可以保证整个能源系统的工作可靠性。

2、本实用新型可以利用分布式光伏电源发电量较少时的发电能量。当光伏发电量很少，输出电压很低时，光伏系统不能独立作为供能单元给直流母线供能时；本实用新型系统可以将光伏电源和燃料电池电源串联，将其整体作为供能单元给直流母线供电，此时光伏发电系统产生的电能就可以被直流母线利用。因此本实用新型也提高了分布式光伏发电系统的能量利用率，节省了发电系统的运行成本。

附图说明

图1为本实用新型DC/DC电源电路应用于光伏燃料电池混合系统的结构图；

图2是本实用新型工作模态1示意图；

图3是本实用新型工作模态2示意图；

图4是本实用新型工作模态3示意图。

具体实施方式

参见图1，为本实用新型DC/DC电源电路应用于光伏燃料电池混合发电系统的结构图。系统包括光伏电池V1、燃料电池V2、MOS管S5、MOS管S6、MOS管S7、一个具有十倍以上的高增益DC/DC变换器和直流母线。

本实施方式选用的DC/DC变换器为具备高增益性能的变换器，输入输出达10倍以上电压倍比，如此可将分布式电源中光伏电池和燃料电池的低压直流出入变换成高压直流，实现较大的输入输出电压倍比，以此将分布式的发电电源平滑的传输到直流母线中，满足整个系统的负荷要求。

图1连接关系为：光伏电池V1、燃料电池V2、MOS管S5、MOS管S6和MOS管S7 组成H桥式输入电源，MOS管S6的漏极连接光伏电池V1的正极，MOS管S6的源极连接燃料电池V2的正极，光伏电池V1的负极连接MOS管S7的漏极，燃料电池V2的负极连接 MOS管S7的源极，MOS管S5的源极连接燃料电池V2的负极，MOS管S5的漏极连接光伏电池V1的正极；DC/DC变换器的输入正端连接燃料电池V2的正极，DC/DC变换器的输入负端连接光伏电池V1的负极，DC/DC变换器的输出正端连接直流母线的正极，DC/DC变换器的输出负端连接直流母线的负极。

本实用新型的具体工作方式如下所示。

工作模态1：如图2所示，当光照充足，光伏电池V1产生的能量足以支撑整个系统的负荷需求时此时控制MOS管S₅、S₇均处于关断状态，MOS管S₆处于导通状态。即在H桥式输入电源模块中，光伏电池V1独立接入到后级DC/DC变换器中给直流母线供电。

工作模态2：如图3所示，此时控制MOS管S₅，S₆均处于关断状态，MOS管S₇处于导通状态。此时光伏电池没有产生能量处于离线状态，因此整个输入电源系统仅由燃料电池单独作为后级DC/DC变换器模块的输入电源将燃料电池储存的能量传递到负载端，保证供电系统的稳定性。

工作模态3：如图4所示，此时控制MOS管S₆，S₇均处于关断状态，MOS管S₅处于导通状态。此时光伏电源产生的电源电压较低不能够通过DC/DC变换器模块独立给输出负载供电，因此将光伏电源与燃料电池串联，提升输入电源电压；将光伏电池和燃料电池整体作为后级DC/DC变换器模块的输入端，即此时输入端电压为当前光伏发电电压和燃料电池电压之和。光伏电压与燃料电池一起将各自的能量通过DC/DC变换器模块传递到负载端。

本实用新型的实施方式不限于此，按照本实用新型的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型技术构思的前提下，本实用新型中具体实施电路还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，如在大功率应用场合，将实施例中的MOS管替换为IGBT管，均落在本实用新型权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种DC/DC电源电路，其特征在于：包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和DC/DC变换器；DC/DC变换器的输入正端、第一开关管的导通电流流出端、第一开关管的导通电流流入端、第二开关管的导通电流流入端、第二开关管的导通电流流出端、第三开关管的导通电流流出端、第三开关管的导通电流流入端及DC/DC变换器的输入负端顺次连接，第一开关管的导通电流流入端即为DC/DC电源电路的第一输入正端，DC/DC变换器的输入负端即为DC/DC电源电路的第一输入负端，DC/DC变换器的输入正端即为DC/DC电源电路的第二输入正端，第三开关管的导通电流流出端即为DC/DC电源电路的第二输入负端，DC/DC变换器的输出正端即为DC/DC电源电路的输出正端，DC/DC变换器的输出负端即为DC/DC电源电路的输出负端；第一开关管、第二开关管和第三开关管的控制端用于输入控制各开关管导通或关断的控制信号。

2.根据权利要求1所述的DC/DC电源电路，其特征在于：第一开关管、第二开关管和第三开关管为MOS管。

3.根据权利要求1所述的DC/DC电源电路，其特征在于：第一开关管、第二开关管和第三开关管为IGBT管。

4.根据权利要求1所述的DC/DC电源电路，其特征在于：DC/DC变换器的输入输出为10倍以上电压倍比。

5.一种应用权利要求1至4任一项所述DC/DC电源电路的电源，其特征在于：DC/DC电源电路的第一输入正端、第一输入负端、第二输入正端、第二输入负端、输出正端、输出负端、第一开关管的控制端、第二开关管的控制端和第三开关管的控制端为电源的9个端子。

6.一种应用权利要求1至4任一项所述DC/DC电源的光伏燃料电池混合发电系统，其特征在于：第一输入正端连接光伏电池的正极，第一输入负端连接光伏电池的负极，第二输入正端连接燃料电池的正极，第二输入负端连接燃料电池的负极，输出正端连接直流母线的正极，输出负端连接直流母线的负极。