一种可扩展的非隔离双输入升压直流变换器转让专利
申请号 : CN202010293006.8
文献号 : CN111371317B
文献日 : 2021-06-22
发明人 : 林国庆 , 林思圻 , 卢凯
申请人 : 福州大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种可扩展的非隔离双输入升压直流变换器,其特征在于,包括第一输入电源,第二输入电源,第一开关管、第二开关管,第一电感、第二电感,第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管,第一电容、第二电容、第三电容、第四电容及负载;第一输入电源的正极与第一电感的一端、第一电容的一端连接,第一输入电源的负极与第二输入电源的负极、第一开关管的源极、第二开关管的源极、第四电容的一端、负载的一端连接,第二输入电源的正极经第二电感与第二开关管的漏极、第三二极管的阳极、第三电容的一端连接,第一开关管的漏极与第一电感的另一端、第二电容的一端、第一二极管的阳极连接,第一二极管的阴极与第一电容的另一端、第二二极管的阳极连接,第二二极管的阴极与第三二极管的阴极、第四二极管的阳极、第二电容的另一端连接,第四二极管的阴极与第三电容的另一端、第五二极管的阳极连接,第五二极管的阴极与第四电容的另一端、负载的另一端连接;所述非隔离双输入升压直流变换器具有三种工作模式,即在一个变换器中就可完成两个输入单独供电的升压功能和两个输入同时供电的升压功能,并可通过在输出侧增加扩展单元进一步提高变换器的升压比;具体如下:(1)两个输入同时供电模式:第一开关管和第二开关管交错工作,且两个开关管驱动信号互有交叠,第一开关管工作占空比为D1,第二开关管工作占空比为D2,则非隔离双输入升压直流变换器输出电压大小为:
式中,Vin1为第一输入电源电压,Vin2为第二输入电源电压;
(2)第一输入电源单独供电模式:第二开关管保持关断,则非隔离双输入升压直流变换器输出电压大小为:
(3)第二输入电源单独供电模式:第一开关管保持关断,则非隔离双输入升压直流变换器输出电压大小为:
2.一种可扩展的非隔离双输入升压直流变换器,其特征在于,包括第一输入电源,第二输入电源,第一开关管、第二开关管,第一电感、第二电感,第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管,第一电容、第二电容、第三电容、第四电容及负载,还包括N个扩展单元,其中,第1扩展单元的第二端与第2扩展单元的第一端连接,第i扩展单元的第二端与第i+1扩展单元的第一端连接,第N‑1扩展单元的第二端与第N扩展单元的第一端连接,1<i<N‑1且N>1;第一输入电源的正极与第一电感的一端、第一电容的一端连接,第一输入电源的负极与第二输入电源的负极、第一开关管的源极、第二开关管的源极、第四电容的一端、负载的一端连接,第二输入电源的正极经第二电感与第二开关管的漏极、第三二极管的阳极、第三电容的一端、N个扩展单元的第三端连接,第一开关管的漏极与第一电感的另一端、第二电容的一端、第一二极管的阳极、N个扩展单元的第四端连接,第一二极管的阴极与第一电容的另一端、第二二极管的阳极连接,第二二极管的阴极与第三二极管的阴极、第四二极管的阳极、第二电容的另一端连接,第四二极管的阴极与第三电容的另一端、第一扩展单元的第一端连接,第N扩展单元的第二端与第五二极管的阳极连接,第五二极管的阴极与第四电容的另一端、负载的另一端连接;所述非隔离双输入升压直流变换器具有三种工作模式,具体如下:
(1)两个输入同时供电模式:第一开关管和第二开关管交错工作,且两个开关管驱动信号互有交叠,第一开关管工作占空比为D1,第二开关管工作占空比为D2,则非隔离双输入升压直流变换器输出电压大小为:
式中,Vin1为第一输入电源电压,Vin2为第二输入电源电压,N为扩展单元数;
(2)第一输入电源单独供电模式:第二开关管保持关断,则非隔离双输入升压直流变换器输出电压大小为:
(3)第二输入电源单独供电模式:第一开关管保持关断,则非隔离双输入升压直流变换器输出电压大小为:
3.根据权利要求2所述的一种可扩展的非隔离双输入升压直流变换器,其特征在于,当没有扩展单元时,第四二极管的阴极、第三电容的另一端直接与第五电容的阳极连接。
4.根据权利要求2所述的一种可扩展的非隔离双输入升压直流变换器,其特征在于,当仅有一个扩展单元时,所述扩展单元包括第一扩展二极管、第二扩展二极管,第一扩展电容、第二扩展电容,第一扩展二极管的阳极作为扩展单元的第一端,第一扩展二极管的阴极与第二扩展二极管的阳极、第一扩展电容的一端连接,第二扩展二极管的阴极与第二扩展电容的一端连接并作为扩展单元的第二端,第一扩展电容的另一端作为扩展单元的第四端,第二扩展电容另一端作为扩展单元的第三端,扩展单元的第一端与第四二极管的阴极、第三电容的另一端连接,扩展单元的第二端与第五二极管的阳极连接,扩展单元的第三端与第三电容的一端连接,扩展单元的第四端与第二电容的一端连接。
5.根据权利要求2所述的一种可扩展的非隔离双输入升压直流变换器,其特征在于,每一扩展单元均包括第一扩展二极管、第二扩展二极管,第一扩展电容、第二扩展电容,第一扩展二极管的阳极作为扩展单元的第一端,第一扩展二极管的阴极与第二扩展二极管的阳极、第一扩展电容的一端连接,第二扩展二极管的阴极与第二扩展电容的一端连接并作为扩展单元的第二端,第一扩展电容的另一端作为扩展单元的第四端,第二扩展电容另一端作为扩展单元的第三端。
说明书 :
一种可扩展的非隔离双输入升压直流变换器
技术领域
背景技术
有光伏发电、风力发电、燃料电池发电等,但由于受气候条件限制较大,其电力供应不稳定、
不连续和随环境条件变化等缺点,无法保证负载获得足够的能量。因此需要将多种新能源
发电形式结合起来组成新能源联合供电系统。
结构,降低系统成本,可以用一个多输入直流变换器代替多个单输入直流变换器,通过将多
个输入源和单个负载连接在一起,允许多个输入源向负载供电,且多输入源可以分别或同
时向负载供电。另外,受限于光伏电池等较低的输出电压,无法满足直流母线电压的要求,
过高的电压差使得传统Boost升压变换器将不再适用。因此研究如何使直流变换器具有高
增益和多输入的能力,对新能源发电系统有着重要意义。
发明内容
压功能,并可以通过在输出侧增加扩展单元进一步提高变换器的升压比,本发明直流变换
器具有升压比高、工作方式灵活和控制简单等优点。
一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管,第一电容、第二电容、第三电
容、第四电容及负载;第一输入电源的正极与第一电感的一端、第一电容的一端连接,第一
输入电源的负极与第二输入电源的负极、第一开关管的源极、第二开关管的源极、第四电容
的一端、负载的一端连接,第二输入电源的正极经第二电感与第二开关管的漏极、第三二极
管的阳极、第三电容的一端连接,第一开关管的漏极与第一电感的另一端、第二电容的一
端、第一二极管的阳极连接,第一二极管的阴极与第一电容的另一端、第二二极管的阳极连
接,第二二极管的阴极与第三二极管的阴极、第四二极管的阳极、第二电容的另一端连接,
第四二极管的阴极与第三电容的另一端、第五二极管的阳极连接,第五二极管的阴极与第
四电容的另一端、负载的另一端连接。
并可通过在输出侧增加扩展单元进一步提高变换器的升压比。
入升压直流变换器输出电压大小为:
管、第三二极管、第四二极管、第五二极管,第一电容、第二电容、第三电容、第四电容及负
载,还包括N个扩展单元,其中,第1扩展单元的第二端与第2扩展单元的第一端连接,第i扩
展单元的第二端与第i+1扩展单元的第一端连接,第N‑1扩展单元的第二端与第N扩展单元
的第一端连接,1<i<N‑1且N>1;第一输入电源的正极与第一电感的一端、第一电容的一
端连接,第一输入电源的负极与第二输入电源的负极、第一开关管的源极、第二开关管的源
极、第四电容的一端、负载的一端连接,第二输入电源的正极经第二电感与第二开关管的漏
极、第三二极管的阳极、第三电容的一端、N个扩展单元的第三端连接,第一开关管的漏极与
第一电感的另一端、第二电容的一端、第一二极管的阳极、N个扩展单元的第四端连接,第一
二极管的阴极与第一电容的另一端、第二二极管的阳极连接,第二二极管的阴极与第三二
极管的阴极、第四二极管的阳极、第二电容的另一端连接,第四二极管的阴极与第三电容的
另一端、第一扩展单元的第一端连接,第N扩展单元的第二端与第五二极管的阳极连接,第
五二极管的阴极与第四电容的另一端、负载的另一端连接。
的第一端,第一扩展二极管的阴极与第二扩展二极管的阳极、第一扩展电容的一端连接,第
二扩展二极管的阴极与第二扩展电容的一端连接并作为扩展单元的第二端,第一扩展电容
的另一端作为扩展单元的第四端,第二扩展电容另一端作为扩展单元的第三端,扩展单元
的第一端与第四二极管的阴极、第三电容的另一端连接,扩展单元的第二端与第五二极管
的阳极连接,扩展单元的第三端与第三电容的一端连接,扩展单元的第四端与第二电容的
一端连接。
管的阴极与第二扩展二极管的阳极、第一扩展电容的一端连接,第二扩展二极管的阴极与
第二扩展电容的一端连接并作为扩展单元的第二端,第一扩展电容的另一端作为扩展单元
的第四端,第二扩展电容另一端作为扩展单元的第三端。
入升压直流变换器输出电压大小为:
过在输出侧增加扩展单元进一步提高变换器的升压比,本发明直流变换器具有升压比高、
工作方式灵活和控制简单等优点。
附图说明
具体实施方式
三二极管、第四二极管、第五二极管,第一电容、第二电容、第三电容、第四电容及负载;第一
输入电源的正极与第一电感的一端、第一电容的一端连接,第一输入电源的负极与第二输
入电源的负极、第一开关管的源极、第二开关管的源极、第四电容的一端、负载的一端连接,
第二输入电源的正极经第二电感与第二开关管的漏极、第三二极管的阳极、第三电容的一
端连接,第一开关管的漏极与第一电感的另一端、第二电容的一端、第一二极管的阳极连
接,第一二极管的阴极与第一电容的另一端、第二二极管的阳极连接,第二二极管的阴极与
第三二极管的阴极、第四二极管的阳极、第二电容的另一端连接,第四二极管的阴极与第三
电容的另一端、第五二极管的阳极连接,第五二极管的阴极与第四电容的另一端、负载的另
一端连接。所述非隔离双输入升压直流变换器具有三种工作模式,即在一个变换器中就可
完成两个输入单独供电的升压功能和两个输入同时供电的升压功能,并可通过在输出侧增
加扩展单元进一步提高变换器的升压比。
管、第三二极管、第四二极管、第五二极管,第一电容、第二电容、第三电容、第四电容及负
载,还包括N个扩展单元,其中,第1扩展单元的第二端与第2扩展单元的第一端连接,第i扩
展单元的第二端与第i+1扩展单元的第一端连接,第N‑1扩展单元的第二端与第N扩展单元
的第一端连接,1<i<N‑1且N>1;第一输入电源的正极与第一电感的一端、第一电容的一
端连接,第一输入电源的负极与第二输入电源的负极、第一开关管的源极、第二开关管的源
极、第四电容的一端、负载的一端连接,第二输入电源的正极经第二电感与第二开关管的漏
极、第三二极管的阳极、第三电容的一端、N个扩展单元的第三端连接,第一开关管的漏极与
第一电感的另一端、第二电容的一端、第一二极管的阳极、N个扩展单元的第四端连接,第一
二极管的阴极与第一电容的另一端、第二二极管的阳极连接,第二二极管的阴极与第三二
极管的阴极、第四二极管的阳极、第二电容的另一端连接,第四二极管的阴极与第三电容的
另一端、第一扩展单元的第一端连接,第N扩展单元的第二端与第五二极管的阳极连接,第
五二极管的阴极与第四电容的另一端、负载的另一端连接。
管的阴极与第二扩展二极管的阳极、第一扩展电容的一端连接,第二扩展二极管的阴极与
第二扩展电容的一端连接并作为扩展单元的第二端,第一扩展电容的另一端作为扩展单元
的第四端,第二扩展电容另一端作为扩展单元的第三端,扩展单元的第一端与第四二极管
的阴极、第三电容的另一端连接,扩展单元的第二端与第五二极管的阳极连接,扩展单元的
第三端与第三电容的一端连接,扩展单元的第四端与第二电容的一端连接。
展二极管的阴极与第二扩展二极管的阳极、第一扩展电容的一端连接,第二扩展二极管的
阴极与第二扩展电容的一端连接并作为扩展单元的第二端,第一扩展电容的另一端作为扩
展单元的第四端,第二扩展电容另一端作为扩展单元的第三端。
二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管,第一电容、第二电容、第三电容、第四电容及
负载。
一步提高变换器的升压比。
止,输出电容Co给负载供电。
电容C3串联在一起通过二极管VD5给电容Co充电并给负载供电。
L2继续充电;二极管VD5反向截止,输出电容Co给负载供电。
示。
VD2、开关管S1对电容C2充电,输出电容Co给负载供电。
电容C3串联在一起通过二极管VD5给输出电容Co充电并给负载供电。
C3充电;二极管VD5反向截止,输出电容Co给负载供电。
形如图5所示,变换器在一个开关周期有两个工作模态,各个模态等效电路如图6所示。
形如图7所示,变换器在一个开关周期有两个工作模态,各个模态等效电路如图8所示。
电。
加扩展单元进一步提高变换器的升压比,扩展电路图如图9所示。