一种具有软开关能力的三端口变换器及其控制方法技术

本发明专利技术属于变换器控制技术领域，公开了一种具有软开关能力的三端口变换器，该变换器包括两个开关管、三个电容、两个二极管和两个电感。其可以实现三个端口间功率流的灵活控制，且能够实现所有开关管的零电压开通，以及所有二极管的自然关断，所有功率管均承受较低的电压应力，有效提高了离网型光伏发电系统的集成度及变换效率。本发明专利技术还公开了该变换器的控制方法，设计第一电感工作在电流断续模式，采用变频控制实现负载恒压控制；设计第二电感工作在电流双向连续导通模式，采用变占空比实现光伏组件最大功率点跟踪控制。伏组件最大功率点跟踪控制。伏组件最大功率点跟踪控制。

【技术实现步骤摘要】
一种具有软开关能力的三端口变换器及其控制方法


[0001]本专利技术属于变换器控制
，具体涉及一种具有软开关能力的三端口变换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着能源危机与环境污染的日益加剧，光伏发电技术受到各国政府和企业的广泛关注。由于太阳能具有波动性和随机性，离网型光伏发电系统需要配备蓄电池来储存和调节电能，保证向负载(如直流变换器、逆变器、直流微网等)连续稳定供电，且实现光伏电池的最大功率点跟踪(Maximum Pawer Point Tracking,MPPT)控制和蓄电池的充放电控制。由于离网型光伏发电系统具有光伏、蓄电池和负载三个端口。故常采用三端口变换器作为主电路拓扑，以减少器件数量，降低成本。光伏电池输出电压较低，且波动范围较大，三端口变换器需具备较高的电压增益才能满足负载侧电压要求。现有技术中具有高增益能力的三端口变换器普遍存在器件数量多、功率管电压应力高、体积和重量大等缺点。如果基于现有技术，通过增加开关频率来提高功率密度，开关损耗将是瓶颈。采用软开关技术，可以减小或消除开关损耗，从而解除开关频率的制约，而且可以解决宽禁带型器件应用的开关震荡和开关应力难题。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提出一种具有较高升压能力的三端口变换器及其控制方法，其具有较高的升压能力，可以实现三个端口间功率流的灵活控制，且所有开关管和二极管均承受较低的电压应力，能够实现所有开关管的零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)，以及所有二极管的自然关断，有效提高了离网型光伏发电系统的集成度及变换效率。
[0004]本专利技术提供了一种具有软开关能力的三端口变换器，所述三端口变换器的三个端口分别与光伏电池、蓄电池和负载连接，其特征在于，所述变换器包括：第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和第三电容；所述光伏电池的正极与所述第一电感的第一端、所述第二电容的第一端连接；所述第一电感的第二端与所述第一二极管的阳极连接；所述第一二极管的阴极与所述第一开关管的漏极、所述第二开关管的源极、所述蓄电池的负极连接；所述第二开关管的漏极与所述第一电容的第一端、所述第二电感的第一端连接；所述第二电感的第二端与所述蓄电池的正极、所述第二二极管的阳极连接；所述第二二极管的阴极与所述第三电容的第一端、所述负载的正极连接；所述负载的负极与所述光伏电池的负极、所述第一开关管的源极、所述第一电容的第二端、所述第二电容的第二端、所述第三电容的第二端连接。
[0005]优选的，本专利技术提供的三端口变换器还包括控制电路，所述控制电路包括第一控制支路、第二控制支路、调制单元，且所述第一控制支路与所述第二控制支路连接到所述调制单元；所述第一控制支路用于获取所述光伏电池的输出电压以及所述光伏电池的输出电流，产生第一控制信号，以实现所述光伏电池的最大功率点跟踪控制；所述第二控制支路用
于获取所述负载的端电压，产生第二控制信号，以实现所述负载两端的恒压控制。
[0006]优选的，所述第一控制支路包括MPPT控制单元、第一加法器、第一控制器，所述第二控制支路包括第二加法器、第二控制器，所述调制单元包括压频转换器和比较器。
[0007]本专利技术还提供了一种具有较高升压能力的三端口变换器的控制方法，所述方法具体为：
[0008]控制所述第一电感和所述第二电感分别工作在电流断续模式和电流双向连续流通模式；获取所述光伏电池的输出电压以及所述光伏电池的输出电流，产生第一控制信号；获取所述负载的端电压，产生第二控制信号；根据所述第一控制信号和所述第二控制信号产生所述第一开关管的驱动信号，所述第一控制信号用于控制所述第一开关管驱动信号的频率，所述第二控制信号用于控制所述第一开关管驱动信号的占空比；所述第一开关管驱动信号取反得到所述第二开关管驱动信号。
[0009]与现有技术相比，本专利技术提出的三端口变换器中前(第一电感)、后(第二电感)级电感分别工作在电流断续模式和电流双向连续流通模式，进而通过改变开关频率实现光伏电池的MPPT控制，同时改变占空比实现负载的恒压控制；所提三端口变换器的所有端口均共地，可以实现蓄电池端电流双向流动，还具有开关管数量少(2个)、功率管电压应力低、升压能力强、可实现所有开关管ZVS开通、所有二极管的自然关断等优点。
附图说明
[0010]图1为本申请实施例的三端口变换器的电路结构示意图。
[0011]图2为本申请实施例的三端口变换器的系统控制策略框图。
[0012]图3(a)～(f)为本申请实施例的三端口变换器一个开关周期内不同模态的等效电路图。
[0013]图4为本申请实施例的三端口变换器一个开关周期内关键波形图。
[0014]图5为本申请实施例的三端口变换器一个开关周期内各功率管电压、电流和电感电流的仿真波形图。
[0015]图6(a)为本申请实施例的三端口变换器由于光伏电池输出功率增加，运行模式由光伏、蓄电池联合供电模式切换至光伏同时向蓄电池和负载供电模式的仿真波形。
[0016]图6(b)为本申请实施例的三端口变换器由于负载功率减小，运行模式由光伏、蓄电池联合供电模式切换至光伏同时向蓄电池和负载供电模式的仿真波形。
[0017]图7(a)为本申请实施例的三端口变换器由于光伏电池输出功率减小，运行模式由光伏同时向蓄电池和负载供电模式切换至光伏、蓄电池联合供电模式的仿真波形。
[0018]图7(b)为本申请实施例的三端口变换器由于负载功率增加，运行模式由光伏同时向蓄电池和负载供电模式切换至光伏、蓄电池联合供电模式的仿真波形。
具体实施方式
[0019]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]如图1所示，本申请实施例中一种具有较高升压能力的三端口变换器，该变换器的三个端口分别与光伏电池、蓄电池和负载连接，其特征在于，变换器包括：第一开关管S1、第二开关管S2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电感L1和第二电感L2；光伏电池的正极与第一电感L1的第一端、第二电容C2的第一端连接；第一电感L1的第二端与第一二极管D1的阳极连接；第一二极管D1的阴极与第一开关管S1的漏极、第二开关管S2的源极、蓄电池的负极连接；第二开关管S2的漏极与第一电容C1的第一端、第二电感L2的第一端连接；第二电感L2的第二端与蓄电池的正极、第二二极管D2的阳极连接；第二二极管D2的阴极与第三电容C3的第一端、负载的正极连接；负载的负极与光伏电池的负极、第一开关管S1的源极、第一电容C1的第二端、第二电容C2的第二端、第三电容C3的第二端连接。
[0021]根据一示例性而非限定性实施例，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有软开关能力的三端口变换器，所述三端口变换器的三个端口分别与光伏电池、蓄电池和负载连接，其特征在于，所述三端口变换器包括：第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和第三电容；所述光伏电池的正极与所述第一电感的第一端、所述第二电容的第一端连接；所述第一电感的第二端与所述第一二极管的阳极连接；所述第一二极管的阴极与所述第一开关管的漏极、所述第二开关管的源极、所述蓄电池的负极连接；所述第二开关管的漏极与所述第一电容的第一端、所述第二电感的第一端连接；所述第二电感的第二端与所述蓄电池的正极、所述第二二极管的阳极连接；所述第二二极管的阴极与所述第三电容的第一端、所述负载的正极连接；所述负载的负极与所述光伏电池的负极、所述第一开关管的源极、所述第一电容的第二端、所述第二电容的第二端、所述第三电容的第二端连接；第二电感的感值需满足：式中，U
B
为蓄电池端电压值，d为第一开关管的驱动信号占空比，T
s
为开关周期，Δi
L2
为第二电感的电流峰峰值，I
L2,max
为第二电感的最大平均值电流值。2.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦岭，田民，张雷，王亚芳，钱天泓，饶家齐，许兴，周磊，段冰莹，刘宇涵，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：