一種對稱結(jié)構(gòu)的變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種對稱結(jié)構(gòu)的變換器裝置，包括：2個輸入電源V1、V2，1個輸入電容C1并在其兩端產(chǎn)生調(diào)節(jié)電壓Uc，1個輸出電容C2并在其兩端產(chǎn)生輸出電壓Vo，2個儲能電感L1、L2和3個開關(guān)管，該直流變換器通過第一～第三開關(guān)管的接通和關(guān)斷，在輸入電容C1上產(chǎn)生的調(diào)節(jié)電壓Uc，并且所述調(diào)節(jié)電壓Uc與輸入電源V1產(chǎn)生的輸入電流I1和輸入電壓V2產(chǎn)生的輸入電流I2共同作用產(chǎn)生輸出電流IC到輸出電容C2，且不同的開關(guān)組合可使輸出電流IC增大或減小。本發(fā)明的直流變換器的輸入電流和輸出電壓的紋波較小，有利于延長輸入電源的使用壽命，結(jié)構(gòu)簡單、所需開關(guān)器件較少，損耗小，效率高，能有效提高了變換器的性能和降低成本，且輸出電流可控。
【專利說明】一種對稱結(jié)構(gòu)的變換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種變換器，尤其是一種對稱結(jié)構(gòu)的直流變換器。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，能源的短缺和環(huán)境的污染已經(jīng)成為世界的焦點，可再生能源的發(fā)展和應(yīng)用受到世界各國的廣泛關(guān)注。在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中，許多可再生能源發(fā)出的電能都是電壓較低的直流電，而向電網(wǎng)送電需要電壓較高的直流電，因此需要直流一直流變換器把低電壓直流電轉(zhuǎn)換為適合并網(wǎng)的高電壓直流電。在清潔能源電動汽車領(lǐng)域中，往往需要將電池提供的低壓單一的直流電轉(zhuǎn)換為不同電壓值的高壓直流電，這就在DC-DC轉(zhuǎn)換中的效率和輸出直流電壓的穩(wěn)定性方面有很高的要求。所以低輸出電壓紋波、高增益、高效率的變換器在可再生能源并網(wǎng)發(fā)電和清潔能源電動汽車應(yīng)用領(lǐng)域里有著非常重要的作用。為了將光伏或燃料電池陣列的電壓提升到并網(wǎng)逆變器所需直流母線電壓，通常將光伏或燃料電池陣列進(jìn)行串聯(lián)，然后采用BOOST或兩相交錯并聯(lián)BOOST電路進(jìn)行升壓，這兩種結(jié)構(gòu)變換器的升壓變比相等，當(dāng)輸入電壓較低時，為了達(dá)到較高的輸出電壓，其開關(guān)導(dǎo)通占空比就會接近于1，這樣一方面會降低變換器的效率，同時開關(guān)頻率也不易進(jìn)一步提高。為了達(dá)到更高的升壓變比，也有文獻(xiàn)提出將兩個BOOST變換器直接級聯(lián)作為前級變換器，這樣增加了系統(tǒng)的級數(shù)和控制的復(fù)雜性，不利于系統(tǒng)效率的提高和性能的改善，因此研究新型高性能且具有更大升壓變比的直流-直流變換器來滿足后級并網(wǎng)逆變器的需要，有著重要的理論意義和應(yīng)用價值。
[0003]如公開文獻(xiàn)(CN102223068B)公開的一種組合式直流-直流變換器，包括兩個直流輸入電源(Vinl、Vin2) (I)，可以是光伏電池或燃料電池、兩個完全對稱的升壓變換器模塊②和③)組成。升壓變換器模塊②由兩個升壓電感(L1、L3)、兩個功率開關(guān)管(Q1、Q3)、四個單向整流二極管(Dl?D4)、兩個中間儲能電容(C1、C3)、一個輸出濾波電容(Col)組成；升壓變換器模塊③由兩個升壓電感(L2、L4)、兩個功率開關(guān)管(Q2、Q4)、四個單向整流二極管(D5?D8)、兩個中間儲能電容(C2、C4)、一個輸出濾波電容(Co2)組成。將Q1、Q2看作一組同步開關(guān)，用同一個驅(qū)動信號I驅(qū)動，Q3、Q4為一組同步開關(guān)，用一個驅(qū)動信號2驅(qū)動；采用驅(qū)動信號互補的方法控制兩組開關(guān)管。但其結(jié)構(gòu)、控制復(fù)雜，所需的開關(guān)器件較多，且輸出電流不可調(diào)節(jié)，造成變換器成本較高，不利于推廣應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中變換器結(jié)構(gòu)的缺點，提出一種結(jié)構(gòu)簡單、所需開關(guān)器件較少的對稱結(jié)構(gòu)的直流變換器，且損耗較小，變換器轉(zhuǎn)換效率高。
[0005]本發(fā)明的對稱結(jié)構(gòu)的直流變換器包括:2個輸入電源V1、V2，I個輸入電容Cl并在其兩端產(chǎn)生調(diào)節(jié)電壓Uc, I個輸出電容C2并在其兩端產(chǎn)生輸出電壓No，2個儲能電感L1、L2和3個開關(guān)管，其采用對稱結(jié)構(gòu)設(shè)置，具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為:輸入電源Vl的負(fù)極連接輸入電容Cl的下端，輸入電源Vl的正極連接第一開關(guān)管SI的一端，輸入電源V2的正極連接輸入電容Cl的上端，輸入電容Cl的上端連接第一儲能電感LI的一端，輸入電容Cl的下端連接第二儲能電感L2的一端，第一儲能電感LI的另一端連接第一開關(guān)管SI的另一端，且該連接點連接第二開關(guān)管S2的一端，第二儲能電感L2的另一端連接第二開關(guān)管S2的另一端，且該連接點連接第三開關(guān)管S3的一端，第三開關(guān)管S3的另一端連接輸入電源V2的負(fù)極，輸出電容C2正端連接輸入電源Vl的正極，輸出電容C2的負(fù)端連接輸入電源V2的負(fù)極，第一?第三開關(guān)管均具有反并聯(lián)二極管，該直流變換器通過第一?第三開關(guān)管的接通和關(guān)斷，在輸入電容Cl上產(chǎn)生的調(diào)節(jié)電壓Uc，并且所述調(diào)節(jié)電壓Uc與輸入電源Vl產(chǎn)生的輸入電流I1和輸入電壓V2產(chǎn)生的輸入電流I2共同作用產(chǎn)生輸出電流Ic到輸出電容C2，且不同的開關(guān)組合可使輸出電流Ic增大或減小。
[0006]當(dāng)調(diào)節(jié)電壓Uc為上正下負(fù)時，第二開關(guān)管S2導(dǎo)通，第一開關(guān)管S1、第三開關(guān)管S3關(guān)斷，輸入電容Cl、第一儲能電感L1、第二儲能電感L2形成環(huán)流，并在第一儲能電感LI上產(chǎn)生第一儲能電流Iu，在第二儲能電感L2上產(chǎn)生第二儲能電流U。在第二開關(guān)管S2關(guān)斷的情況下，第一開關(guān)管SI和第三開關(guān)管S3導(dǎo)通，儲存在第一儲能電感和第二儲能電感中的儲能電流Il1、IL2經(jīng)過第一開關(guān)管SI和第三開關(guān)管S3流向輸出電容C2,與此同時,輸入電流I1和輸入電流I2也從輸入電源V1、V2直接流向輸出電容C2，達(dá)到輸出電壓的目的，此時流向輸出電容的電流量Ic將由于Iu和L的分流相應(yīng)的增加。
[0007]當(dāng)調(diào)節(jié)電壓Uc為上負(fù)下正時，第一開關(guān)管S1、第三開關(guān)管S3導(dǎo)通，第二開關(guān)管S2關(guān)斷，與調(diào)節(jié)電壓Uc上正下負(fù)時候相比，在輸入電源V1、V2和輸入電容Cl的作用下將在第一儲能電感LI上產(chǎn)生相反的第一儲能電流Iu和在第二儲能電感L2上產(chǎn)生相反的第二儲能電流U，并存儲于儲能電感L1、L2中，接下來，第一開關(guān)管S1、第三開關(guān)管S3關(guān)斷，第二開關(guān)管S2導(dǎo)通時候，在第一儲能電流Iu和在第二儲能電感L2中存儲的儲能電流Iu和Il2經(jīng)過第二開關(guān)管S2流向輸入電容Cl,與此同時,輸入電流I1和輸入電流I2從輸入電源VU V2直接流向輸出電容C2，達(dá)到輸出電壓的目的，此時流向輸出電容的電流量Ic將由于Ili和L的分流相應(yīng)的減少。
[0008]第一?第三開關(guān)管可為IGBT或MOSFET等大功率開關(guān)器件。輸入電源V1、V2同為蓄電池、燃料電池或光伏電池等新型儲能電源中的一種或所述輸入電源Vl為蓄電池、輸入電源V2為光伏電池或者所述輸入電源V1、V2為蓄電池、燃料電池或光伏電池三種中的任意兩種的組合。
[0009]本發(fā)明的直流變換器的輸入電流和輸出電壓的紋波較小，有利于延長輸入電源的使用壽命，結(jié)構(gòu)簡單、所需開關(guān)器件較少，損耗小，效率高，能有效提高了變換器的性能和降低成本，且輸出電流可控。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1:現(xiàn)有的對稱結(jié)構(gòu)的變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0011]圖2:本發(fā)明的對稱結(jié)構(gòu)的直流變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0012]由圖2可知，本申請的直流變換器包括2個輸入電源V1、V2，I個輸入電容Cl并在其兩端產(chǎn)生調(diào)節(jié)電壓Uc，I個輸出電容C2并在其兩端產(chǎn)生輸出電壓Vo，2個儲能電感L1、L2和3個開關(guān)管，其采用對稱結(jié)構(gòu)設(shè)置，具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為:輸入電源Vl的負(fù)極連接輸入電容Cl的下端，輸入電源Vl的正極連接第一開關(guān)管SI的一端，輸入電源V2的正極連接輸入電容Cl的上端，輸入電容Cl的上端連接第一儲能電感LI的一端，輸入電容Cl的下端連接第二儲能電感L2的一端，第一儲能電感LI的另一端連接第一開關(guān)管SI的另一端，且該連接點連接第二開關(guān)管S2的一端，第二儲能電感L2的另一端連接第二開關(guān)管S2的另一端，且該連接點連接第三開關(guān)管S3的一端，第三開關(guān)管S3的另一端連接輸入電源V2的負(fù)極，輸出電容C2正端連接輸入電源Vl的正極，輸出電容C2的負(fù)端連接輸入電源V2的負(fù)極，第一?第三開關(guān)管均具有反并聯(lián)二極管，第一?第三開關(guān)管可為IGBT或MOSFET等大功率開關(guān)器件。輸入電源V1、V2為蓄電池、燃料電池或光伏電池等新型儲能電源。
[0013]本申請的直流變換器通過第一?第三開關(guān)管的接通和關(guān)斷，在輸入電容Cl上產(chǎn)生的調(diào)節(jié)電壓Uc，并且配合輸入電源Vl產(chǎn)生的輸入電流I1和輸入電壓V2產(chǎn)生的輸入電流12輸出到輸出電容C2。
[0014]當(dāng)調(diào)節(jié)電壓Uc為上正下負(fù)時，第二開關(guān)管S2導(dǎo)通，第一開關(guān)管S1、第三開關(guān)管S3關(guān)斷，輸入電容Cl、第一儲能電感L1、第二儲能電感L2形成環(huán)流，并在第一儲能電感LI上產(chǎn)生第一儲能電流Iu，在第二儲能電感L2上產(chǎn)生第二儲能電流U。在第二開關(guān)管S2關(guān)斷的情況下，第一開關(guān)管SI和第三開關(guān)管S3導(dǎo)通，儲存在第一儲能電感和第二儲能電感中的儲能電流Iu、Il2經(jīng)過第二開關(guān)管S2和第三開關(guān)管S3流向輸出電容C2，與此同時，輸入電流I1和輸入電流I2也從輸入電源V1、V2直接流向輸出電容C2，達(dá)到輸出電壓的目的，此時流向輸出電容的電流量Ic將由于Iu和L的分流相應(yīng)的增加。
[0015]當(dāng)調(diào)節(jié)電壓Uc為上負(fù)下正時，第一開關(guān)管S1、第三開關(guān)管S3導(dǎo)通，第二開關(guān)管S2關(guān)斷，與調(diào)節(jié)電壓Uc上正下負(fù)時候相比，在輸入電源V1、V2和輸入電容Cl的作用下將在第一儲能電感LI上產(chǎn)生相反的第一儲能電流Iu和在第二儲能電感L2上產(chǎn)生相反的第二儲能電流U，并存儲于儲能電感L1、L2中，接下來，第一開關(guān)管S1、第三開關(guān)管S3關(guān)斷，第二開關(guān)管S2導(dǎo)通時候，在第一儲能電流Iu和在第二儲能電感L2中存儲的儲能電流Iu和Il2經(jīng)過第二開關(guān)管S2流向輸入電容Cl,與此同時,輸入電流I1和輸入電流I2從輸入電源VU V2直接流向輸出電容C2，達(dá)到輸出電壓的目的，此時流向輸出電容的電流量Ic將由于Ili和L的分流相應(yīng)的減少。
[0016]第一?第三開關(guān)管可為IGBT或MOSFET等大功率開關(guān)器件。輸入電源V1、V2同為蓄電池、燃料電池或光伏電池等新型儲能電源中的一種或所述輸入電源Vl為蓄電池、輸入電源V2為光伏電池或者所述輸入電源V1、V2為蓄電池、燃料電池或光伏電池三種中的任意兩種的組合。
【權(quán)利要求】
1.一種對稱結(jié)構(gòu)的直流變換器，包括輸入電源V1、V2，輸入電容Cl并在其兩端產(chǎn)生調(diào)節(jié)電壓Uc，輸出電容C2并在其兩端產(chǎn)生輸出電壓Vo，儲能電感L1、L2和第一?第三開關(guān)管S1、S2、S3，該直流變換器采用對稱結(jié)構(gòu)設(shè)置，具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為:輸入電源Vl的負(fù)極連接輸入電容Cl的下端，輸入電源Vl的正極連接第一開關(guān)管SI的一端，輸入電源V2的正極連接輸入電容Cl的上端,輸入電容Cl的上端連接第一儲能電感LI的一端,輸入電容Cl的下端連接第二儲能電感L2的一端，第一儲能電感LI的另一端連接第一開關(guān)管SI的另一端，且該連接點連接第二開關(guān)管S2的一端，第二儲能電感L2的另一端連接第二開關(guān)管S2的另一端，且該連接點連接第三開關(guān)管S3的一端，第三開關(guān)管S3的另一端連接輸入電源V2的負(fù)極，輸出電容C2正端連接輸入電源Vl的正極，輸出電容C2的負(fù)端連接輸入電源V2的負(fù)極，第一?第三開關(guān)管均具有反并聯(lián)二極管；該直流變換器通過第一?第三開關(guān)管的接通和關(guān)斷，在輸入電容Cl上產(chǎn)生的調(diào)節(jié)電壓Uc,并且所述調(diào)節(jié)電壓Uc與輸入電源Vl產(chǎn)生的輸入電流I1和輸入電壓V2產(chǎn)生的輸入電流I2共同作用產(chǎn)生輸出電流Ic到輸出電容C2，且不同的開關(guān)組合可使輸出電流Ic增大或減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱結(jié)構(gòu)的直流變換器，所述第一?第三開關(guān)管為IGBT或MOSFET。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱結(jié)構(gòu)的直流變換器，所述輸入電源V1、V2同為蓄電池、燃料電池或光伏電池等新型儲能電源中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱結(jié)構(gòu)的直流變換器，所述輸入電源Vl為蓄電池、輸入電源V2為光伏電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱結(jié)構(gòu)的直流變換器，所述輸入電源V1、V2分別為蓄電池、燃料電池或光伏電池三種中的任意兩種的組合。
【文檔編號】H02M1/14GK104184322SQ201410469892
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】姚志壘, 徐靜, 陸廣平, 朱曉琴, 闞加榮, 胡國文, 陳榮 申請人:鹽城工學(xué)院