專(zhuān)利名稱(chēng)：?jiǎn)卧吚@組電壓源型多輸入全橋變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率變換器中的一種單原邊繞組電壓源型多輸入全橋變換器，屬于電 力電子變換器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著化石能源的不斷緊缺和環(huán)境污染的不斷加劇，新能源和可再生能源的開(kāi)發(fā)利 用得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注，分布式發(fā)電系統(tǒng)已成為研究熱點(diǎn)，直直變換器是其中的一個(gè)重 要組成部分。而新能源和可再生能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能等，其隨氣候和地區(qū)的差異變化較 大，電力供應(yīng)不穩(wěn)定、不連續(xù)，另外，燃料電池輸出電壓隨負(fù)載的變化而變化，因此為了確保 連續(xù)可靠地給負(fù)載供電，需要多種新能源優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)構(gòu)成聯(lián)合供電系統(tǒng)。由于系統(tǒng)中有多個(gè)輸入源，每種輸入源的電壓并不穩(wěn)定，所以需要直直變換器對(duì) 電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。直直變換器按輸入源數(shù)可分為兩類(lèi)單輸入直直變換器和多輸入直直變換 器。在大多數(shù)場(chǎng)合由于只有一個(gè)輸入源，因此只采用單輸入直直變換器，而新能源聯(lián)合供電 系統(tǒng)有多個(gè)輸入源，因此，既可以采用多個(gè)單輸入直直變換器，也可采用一個(gè)多輸入直直變 換器。在一些中小功率且輸入新能源發(fā)電裝置靠近的場(chǎng)合，如使用多個(gè)單輸入直直變換器， 就會(huì)使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，且成本較高。在這種應(yīng)用場(chǎng)合，為了簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，可以用一個(gè)多輸 入直直變換器代替多個(gè)單輸入直直變換器。在需要隔離的大功率應(yīng)用場(chǎng)合，全橋變換器因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。 現(xiàn)有的多輸入全橋變換器可利用磁通耦合實(shí)現(xiàn)多輸入，但是該變換器原邊繞組數(shù)與輸入源 數(shù)相同，開(kāi)關(guān)管器件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本高，控制方法比較單一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，而提出一種單原邊繞組電壓源型多輸入全橋變 換器。該變換器是由N個(gè)輸入通道電路、全橋變換器電路和輸出整流電路組成，N為大于 1的自然數(shù)，其中每個(gè)輸入通道電路均是由輸入源、開(kāi)關(guān)管和續(xù)流二極管組成，輸入源的正極連接 開(kāi)關(guān)管的漏極，開(kāi)關(guān)管的源極連接續(xù)流二極管的陰極，續(xù)流二極管的陽(yáng)極連接輸入源的負(fù) 極，N個(gè)輸入通道電路以續(xù)流二極管串接，構(gòu)成N個(gè)輸入通道電路的正、負(fù)輸入端；全橋變換器電路是由四個(gè)全橋開(kāi)關(guān)管和變壓器組成，第一和第三全橋開(kāi)關(guān)管的漏 極相連并連接第一輸入通道電路中的續(xù)流二極管的陰極，第二和第四全橋開(kāi)關(guān)管的源極相 連并連接第N輸入通道電路中的續(xù)流二極管的陽(yáng)極，第一全橋開(kāi)關(guān)管的源極分別連接第二 全橋開(kāi)關(guān)管的漏極和變壓器原邊繞組的同名端，第三全橋開(kāi)關(guān)管的源極分別連接第四全橋 開(kāi)關(guān)管的漏極和變壓器原邊繞組的異名端；輸出整流電路是由四個(gè)整流二極管、濾波電感和濾波電容組成，第一整流二極管 的陽(yáng)極分別連接第三整流二極管的陰極和變壓器副邊繞組的同名端，第二整流二極管的陽(yáng)極分別連接第四整流二極管的陰極和變壓器副邊繞組的異名端，第一整流二極管的陰極分 別連接第二整流二極管的陰極和濾波電感的一端，濾波電感的另一端分別連接濾波電容的 一端和負(fù)載的一端，第三整流二極管的陽(yáng)極分別連接第四整流二極管的陽(yáng)極、濾波電容的 另一端和負(fù)載的另一端。本發(fā)明具有如下技術(shù)效果(1)在輸入輸出實(shí)現(xiàn)隔離的條件下減少了輸入側(cè)的繞組數(shù)，簡(jiǎn)化了變壓器的設(shè)計(jì)， 進(jìn)而減小了變換器的體積；(2)減少了變換器開(kāi)關(guān)管的數(shù)量，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)；(3)多個(gè)輸入源可同時(shí)或分時(shí)向負(fù)載供電，大大增加了變換器的控制策略，使控制
多樣化。


圖1為本發(fā)明變換器的電路結(jié)構(gòu)原理圖。圖2 圖9為雙輸入時(shí)本發(fā)明變換器各開(kāi)關(guān)模態(tài)的等效電路原理圖。以上附圖中的符號(hào)名稱(chēng)1、2、N為輸入通道電路的編號(hào)；20為全橋變換器電路； 30為輸出整流電路；￥‘2...,、(^2...,、D1U分別為輸入通道電路中的輸入源、開(kāi)關(guān)管、續(xù)流 二極管；O11 Qm4分別為第一至第四全橋開(kāi)關(guān)管；Wp W2分別為變壓器的原邊和副邊繞組； Dei Dk4分別為第一至第四整流二極管；Lf為濾波電感；Cf為濾波電容氓為負(fù)載；V。為變 換器的輸出電壓。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明引入脈沖電壓源單元(Pulsating Voltage Source Cell，PVSC)的概念，將 Buck型PVSC (輸入通道)串聯(lián)后直接替代全橋變換器的輸入，構(gòu)成單原邊繞組電壓源型多 輸入全橋變換器。如圖1所示，本發(fā)明變換器的電路結(jié)構(gòu)是由N個(gè)輸入通道電路、全橋變換器電路20 和輸出整流電路30組成，N為大于1的自然數(shù)，其中每個(gè)輸入通道電路均是由輸入源、開(kāi) 關(guān)管和續(xù)流二極管組成，輸入源的正極連接開(kāi)關(guān)管的漏極，開(kāi)關(guān)管的源極連接續(xù)流二極管 的陰極，續(xù)流二極管的陽(yáng)極連接輸入源的負(fù)極，N個(gè)輸入通道電路以續(xù)流二極管串接(即 第一續(xù)流二極管D1的陽(yáng)極連接第二續(xù)流二極管込的陰極，第二續(xù)流二極管&的陽(yáng)極連接 第三續(xù)流二極管D3的陰極，以此類(lèi)推，第N-I續(xù)流二極管Dim的陽(yáng)極連接第N續(xù)流二極管Dn 的陰極)，第一續(xù)流二極管D1的陰極作為N個(gè)輸入通道電路的正輸入端，第N續(xù)流二極管Dn 的陽(yáng)極作為N個(gè)輸入通道電路的負(fù)輸入端；全橋變換器電路20是由四個(gè)全橋開(kāi)關(guān)管Q111 Qffl4和變壓器組成，變壓器包括變壓器原邊繞組W1和變壓器副邊繞組W2,第一和第三全橋開(kāi) 關(guān)管Qml、Qm3的漏極相連并連接第一輸入通道電路1中的續(xù)流二極管D1的陰極，第二和第四 全橋開(kāi)關(guān)管Qm2、Qm4的源極相連并連接第N輸入通道電路N中的續(xù)流二極管Dn的陽(yáng)極，第一 全橋開(kāi)關(guān)管O11的源極分別連接第二全橋開(kāi)關(guān)管Qm2的漏極和變壓器原邊繞組W1的同名端， 第三全橋開(kāi)關(guān)管Qm3的源極分別連接第四全橋開(kāi)關(guān)管Qm4的漏極和變壓器原邊繞組W1的異 名端；輸出整流電路30是由四個(gè)整流二極管Dki Dk4、濾波電感Lf和濾波電容Cf組成，四
4個(gè)整流二極管Dki Dk4組成全橋整流電路結(jié)構(gòu)，第一整流二極管Dki的陽(yáng)極分別連接第三整 流二極管Dk3的陰極和變壓器副邊繞組W2的同名端，第二整流二極管Dk2的陽(yáng)極分別連接第 四整流二極管Dk4的陰極和變壓器副邊繞組W2的異名端，第一整流二極管Dki的陰極分別連 接第二整流二極管Dk2的陰極和濾波電感Lf的一端，濾波電感Lf的另一端分別連接濾波電 容Cf的一端和負(fù)載&的一端，第三整流二極管Dk3的陽(yáng)極分別連接第四整流二極管Dk4的陽(yáng) 極、濾波電容Cf的另一端和負(fù)載&的另一端。輸入通道電路1 N中，輸入源即脈沖電壓源；全橋變換器電路20中，全橋開(kāi)關(guān)管 Qffll與Qm4組成互補(bǔ)導(dǎo)通的橋臂，全橋開(kāi)關(guān)管Qm2與Qm3組成互補(bǔ)導(dǎo)通的橋臂。下面以雙輸入為例，并結(jié)合圖2 圖9對(duì)本發(fā)明變換器的工作原理進(jìn)行具體分析。 在圖2 圖9中，全橋開(kāi)關(guān)管O11 Qm4采用帶有體二極管的開(kāi)關(guān)器件。在分析之前先作如下假設(shè)①所有開(kāi)關(guān)管和二極管均為理想器件，不考慮開(kāi)關(guān)時(shí) 間、導(dǎo)通壓降；②所有電感、電容和變壓器均為理想元件，變壓器原副邊繞組匝數(shù)比η = W1 W2。根據(jù)開(kāi)關(guān)管Q” ( 及O11 Qm4的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，可將變換器分為以下八種工作模態(tài)。1、開(kāi)關(guān)模態(tài)I [如圖2所示]在此模態(tài)下，開(kāi)關(guān)管Gl1導(dǎo)通，％關(guān)斷，Qffll^Qffl4導(dǎo)通，Qm2、Qm3關(guān)斷，此時(shí)Vinl正向加在 變壓器原邊繞組上，A、B兩點(diǎn)間電壓vAB = Vinlo在副邊側(cè)，Dei和Dk4導(dǎo)通，Rd2和Rd3反偏截 止。整流后的電壓vM。t = Vinl/n，加在濾波電感Lf上的電壓為Vinl/n-V。。如果Vinl/n >。， Lf的電流線(xiàn)性上升；反之，如果Vinl/n<V。JjLf的電流線(xiàn)性下降。在此開(kāi)關(guān)模態(tài)中，％上 承受的電壓為Vin2，D1上承受的電壓為Vinl，Qm2、Qm3承受的電壓均為Vinl，De2, De3上承受的電 壓均為VinlAi。2、開(kāi)關(guān)模態(tài)II [如圖3所示]在此模態(tài)下，開(kāi)關(guān)管Gj1導(dǎo)通，％關(guān)斷，Qm2、Qm3導(dǎo)通，Qml、Qm4關(guān)斷，此時(shí)vAB = -Vinl。 在副邊側(cè)，De2和Dk3導(dǎo)通，Dlil和Dk4截止，vre。t = Vinl/n，加在濾波電感Lf上的電壓為Vinl/ n-V0O同理，Lf的電流是上升還是下降取決于VinlAi和V。的大小。在此模態(tài)中，( 上承受 的電壓為Vin2，D1上承受的電壓為Vinl，Qml、Qm4承受的電壓均為Vinl，Dei, De4上承受的電壓均 為 Vini 乂3、開(kāi)關(guān)模態(tài)III [如圖4所示]在此模態(tài)下，開(kāi)關(guān)管％導(dǎo)通，A關(guān)斷，Qml、Qm4導(dǎo)通，Qm2、Qm3關(guān)斷，此時(shí)Vab = Vin2。在 副邊側(cè)，Dki和Dk4導(dǎo)通，Dk2和Dk3截止，Vrat = Vin2/n,加在濾波電感Lf上的電壓為Vin2/n_V。， Lf的電流是上升還是下降取決于Vin2Ai和V。的大小。在此模態(tài)中，Q1上承受的電壓為Vinl， D2上承受的電壓為Vin2，Qm2, Qm3承受的電壓均為Vin2，De2, De3上承受的電壓均為Vin2/n。4、開(kāi)關(guān)模態(tài)IV[如圖5所示]在此模態(tài)下，開(kāi)關(guān)管Q2導(dǎo)通，Q1關(guān)斷，Qm2, Qm3導(dǎo)通，Qml、Qm4關(guān)斷，此時(shí)vAB = -Vin20 在副邊側(cè)，De2和Dk3導(dǎo)通，Dki和Dk4截止，vre。t = Vin2/n，加在Lf上的電壓為Vin2/n_V。，Lf的 電流是上升還是下降取決于Vin2Ai和V。的大小。在此模態(tài)中，Q1上承受的電壓為Vinl，D2上 承受的電壓為Vin2，Qml, Qm4承受的電壓均為Vin2，Dei, De4上承受的電壓均為Vin2/n。5、開(kāi)關(guān)模態(tài)￥[如圖6所示]在此模態(tài)下，開(kāi)關(guān)管Qp Q2導(dǎo)通，Qml、Qm4導(dǎo)通，Qm2、Qm3關(guān)斷，Vinl+Vin2加在變壓器原邊繞組上，即vAB = Vinl+Vin2。在副邊側(cè)，Dei和Dk4導(dǎo)通，Dk2和Dk3截止。整流后的電壓Vrat =(Vinl+Vin2)/n，濾波電感Lf電流線(xiàn)性上升。在此模態(tài)中，D1* D2上承受的電壓分別為Vinl 和 Vin2, Qm2、Qm3 承受的電壓均為Vinl+Vin2，De2> De3上承受的電壓均為(Vinl+Vin2)/n。6、開(kāi)關(guān)模態(tài)VI [如圖7所示]在此模態(tài)下，開(kāi)關(guān)管Q1W2開(kāi)通，Qm2、Qm3導(dǎo)通，Qml、Qm4關(guān)斷，此時(shí)Vab = _(Vinl+Vin2)。 在副邊側(cè)，De2和Dk3導(dǎo)通，Dki和Dk4截止，Vre。t = (Vinl+Vin2)/n，濾波電感Lf電流線(xiàn)性上升。 在此模態(tài)中，D1和D2上承受的電壓分別為Vinl和Vin2，Qm2, Qm3承受的電壓均為Vinl+Vin2，Dei 和Dk4上承受的電壓均為(Vinl+Vin2) /η。7、開(kāi)關(guān)模態(tài)VII [如圖8所示]在此模態(tài)下，開(kāi)關(guān)管A、％均關(guān)斷，Q^Qm4同時(shí)導(dǎo)通，而Qm2、Qm3關(guān)斷，此時(shí)νΑΒ = 0。 副邊四個(gè)整流二極管Dki Dk4同時(shí)導(dǎo)通，vrat = 0，濾波電感Lf電流線(xiàn)性下降。在此模態(tài) 中，Gl1和％上承受的電壓分別為Vinl和Vin2。8、開(kāi)關(guān)模態(tài)VIII [如圖9所示]在此模態(tài)下，開(kāi)關(guān)管A、％均關(guān)斷，Qm2、Qm3同時(shí)導(dǎo)通，而Qml、Qm4關(guān)斷，此時(shí)vAB = 0。 副邊四個(gè)整流二極管Dki Dk4同時(shí)導(dǎo)通，Vrert = 0，濾波電感！^電流線(xiàn)性下降，在此模態(tài)中， Q1和％上承受的電壓分別為Vinl和Vin2。由以上分析可知，本發(fā)明變換器的開(kāi)關(guān)管數(shù)量大大降低，變換器的控制策略也可 以有多種選擇，當(dāng)N個(gè)輸入通道電路中的開(kāi)關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，所有輸入源串聯(lián)給負(fù)載供電， 同時(shí)本變換器的變壓器只有一個(gè)原邊繞組，有利于簡(jiǎn)化變壓器的設(shè)計(jì)，進(jìn)而減小變換器的 體積。
權(quán)利要求
1. 一種單原邊繞組電壓源型多輸入全橋變換器，其特征在于該變換器是由N個(gè)輸入通道電路、全橋變換器電路00)和輸出整流電路(30)組成，N 為大于1的自然數(shù)，其中所述N個(gè)輸入通道電路中的每個(gè)輸入通道電路均是由輸入源、開(kāi)關(guān)管和續(xù)流二極管組 成，輸入源的正極連接開(kāi)關(guān)管的漏極，開(kāi)關(guān)管的源極連接續(xù)流二極管的陰極，續(xù)流二極管的 陽(yáng)極連接輸入源的負(fù)極，所述N個(gè)輸入通道電路以續(xù)流二極管串接，構(gòu)成N個(gè)輸入通道電路 的正、負(fù)輸入端；全橋變換器電路00)是由四個(gè)全橋開(kāi)關(guān)管(O11 Qm4)和變壓器組成，第一和第三全橋 開(kāi)關(guān)管(Qml、Qm3)的漏極相連并連接第一輸入通道電路(1)中的續(xù)流二極管的陰極，第二和 第四全橋開(kāi)關(guān)管(Qm2、Qffl4)的源極相連并連接第N輸入通道電路(N)中的續(xù)流二極管的陽(yáng) 極，第一全橋開(kāi)關(guān)管(Qml)的源極分別連接第二全橋開(kāi)關(guān)管(Qm2)的漏極和變壓器原邊繞組 (W1)的同名端，第三全橋開(kāi)關(guān)管(Qm3)的源極分別連接第四全橋開(kāi)關(guān)管(Qm4)的漏極和變壓 器原邊繞組(W1)的異名端；輸出整流電路(30)是由四個(gè)整流二極管(Dki Dk4)、濾波電感(Lf)和濾波電容(Cf) 組成，第一整流二極管(Dki)的陽(yáng)極分別連接第三整流二極管(Dk3)的陰極和變壓器副邊繞 組(W2)的同名端，第二整流二極管(Dk2)的陽(yáng)極分別連接第四整流二極管(Dk4)的陰極和變 壓器副邊繞組(W2)的異名端，第一整流二極管(Dki)的陰極分別連接第二整流二極管(Dk2) 的陰極和濾波電感(Lf)的一端，濾波電感(Lf)的另一端分別連接濾波電容(Cf)的一端和 負(fù)載( )的一端，第三整流二極管(Dk3)的陽(yáng)極分別連接第四整流二極管(Dk4)的陽(yáng)極、濾 波電容(Cf)的另一端和負(fù)載( )的另一端。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種單原邊繞組電壓源型多輸入全橋變換器，屬于電力電子變換器領(lǐng)域。該變換器是由N個(gè)輸入通道電路、全橋變換器電路(20)和輸出整流電路(30)組成，N為大于1的自然數(shù)，每個(gè)輸入通道電路均是由輸入源、開(kāi)關(guān)管和續(xù)流二極管組成，N個(gè)輸入通道電路以續(xù)流二極管串接，全橋變換器電路(20)由四個(gè)全橋開(kāi)關(guān)管和一個(gè)變壓器組成，輸出整流電路(30)由全橋整流電路、濾波電感和濾波電容組成。本發(fā)明變換器的變壓器原邊只有一個(gè)繞組，開(kāi)關(guān)管的個(gè)數(shù)為4+N，變換器體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)輸入通道中的開(kāi)關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，輸入源串聯(lián)給負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)輸入源同時(shí)或分時(shí)向負(fù)載供電。
文檔編號(hào)H02M3/335GK102064706SQ20111002124
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者周晨, 張 杰, 王勤, 阮新波 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)