[发明专利]一种三端口直流变换器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种三端口直流变换器，属电力电子变换器技术领域，特别涉及新能源发电技术领域中的功率变换器技术领域。

背景技术

随着能源危机和环境污染问题日益严重，太阳能、风能、燃料电池等新能源发电技术成为世界各国关注和研究的热点。新能源发电系统按照是否与公共电网相连，分为并网运行和独立运行两种方式。独立运行的新能源发电系统是新能源发电应用的非常重要的一种方式，可以解决偏远山区、孤岛等无电网地区的供电问题，除此之外，独立新能源发电系统的结构与电动汽车、混合动力汽车的供电系统结构相似，因此对独立新能源发电系统的研究可以进一步推广应用于电动汽车等新技术领域。

新能源发电设备固有的缺陷带来了一些新的难题和挑战，如：燃料电池的响应速度比较缓慢，输出功率不能及时跟踪负载的变化；风能、太阳能发电由于受到风速、风向、日照强度、环境温度等自然条件变化的影响而不能持续、稳定的输出电能，导致系统稳定性问题的增加。因此，独立运行的新能源发电系统必须配备一定容量的储能装置。储能装置起到能量平衡和支撑作用，及时补充系统的短时峰值功率，回收多余功率，保证供电的连续性和可靠性，提高电能的利用率，并且使发电设备在输出功率或负载功率波动较大时，仍能够保持良好的稳定性。

包含储能环节的新能源独立发电系统的典型结构如附图1所示。附图1所示的新能源独立发电系统由单向DC/DC变换器和双向DC/DC变换器构成，单向变换器实现主电源到负载的功率管理，双向变换器与蓄电池相连实现系统的能量管理，当主电源能量充足时，主电源对蓄电池充电，当主电源能量不足时，蓄电池通过双向变换器放电对负载供电。附图1由两个独立变换器构成的系统，其变换器分散控制，体积重量较大；附图1(a)所示系统中，蓄电池为负载供电时需经过两级变换，附图1(b)所示系统中，主电源为蓄电池充电时需经过两级变换，变换级数多，系统效率低。

发明内容

发明目的：

本发明针对现有技术的不足，提供一种仅通过一个变换器即可同时实现输入直流源、蓄电池和负载功率管理与控制的三端口直流变换器。

技术方案：

本发明为实现上述发明目的采用如下三种技术方案：

一种升压式三端口直流变换器，包括输入直流源V_in、蓄电池V_b、原边电路、变压器、副边电路和负载R_o；其中变压器包括原边绕组N_P、第一副边绕组N_S1和第二副边绕组N_S2；副边电路包括第一二极管D₁、第二二极管D₂、滤波电感L_o及滤波电容C_o；原边电路与输入直流源V_in、蓄电池V_b及变压器原边绕组N_P相连，副边电路与变压器第一副边绕组N_S1、变压器第二副边绕组N_S2及负载R_o相连，所述原边电路包括第一电容C₁、第一开关管S₁、第二开关管S₂、辅助开关管S_a及辅助二极管D_a，其中，输入直流源V_in的正极性端分别与第一电容C₁的一端、变压器原边绕组N_P的同名端以及辅助开关管S_a的源极相连，输入直流源V_in的负极性端分别与第一电容C₁的另一端、第一开关管S₁的源极以及蓄电池V_b的负极性端相连，变压器原边绕组N_P的非同名端分别与第一开关管S₁的漏极、第二开关管S₂的源极以及辅助二极管D_a的阳极相连，辅助二极管D_a的阴极与辅助开关管S_a的漏极相连，第二开关管S₂的漏极与蓄电池V_b的正极性端相连；所述副边电路中，变压器第一副边绕组N_S1的同名端与第一二极管D₁的阳极相连，第一二极管D₁的阴极分别与滤波电感L_o的一端以及第二二极管D₂的阴极相连，滤波电感L_o的另一端分别与滤波电容C_o的一端以及负载R_o的一端相连，滤波电容C_o的另一端分别与负载R_o的另一端、变压器第一副边绕组N_S1的非同名端以及变压器第二副边绕组N_S2的同名端相连，变压器第二副边绕组N_S2的非同名端与第二二极管D₂的阳极相连。