[发明专利]Buck/Boost集成型三端口直流变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明公开了Buck/Boost集成型三端口直流变换器及其控制方法，属于电力电子变换器的技术领域。

背景技术

随着化石能源的日益衰竭和环境污染问题的日趋严重，传统汽车正面临着严峻的挑战，发展电动汽车已成迫切需求。采用燃料电池做主要电源的燃料电池电动汽车，其燃料电池具有燃料效率高、使用寿命长及零污染等优点，但燃料电池不适合作为单一的直接驱动电源，一般使用单向DC/DC变换器, 将燃料电池和单向DC/DC变换器共同组成供电装置对外供电。此外，由于燃料电池动态响应较慢，还有必要引入储能单元和双向DC/DC变换器来覆盖功率波动，提高峰值功率, 以改善燃料电池输出功率瞬态特性, 降低燃料电池成本。目前, 储能单元主要有超级电容和蓄电池两种。

新能源分布式供电系统与电动汽车供电系统类似。风能、太阳能等清洁能源受环境影响较大，功率不稳定，致使传统电网无法承载，白天太阳能发电量大，夜间则跌倒低谷，风能发电也有类似问题，上下波动的电量难以直接被电网利用。新能源要想发展必须依托高效功率变换技术和储能技术——将不稳定的风能、太阳能发电实现稳定的调节，使其平稳输出；在风量较大和光照充裕的情况下，将风能和光能通过储能单元储存起来，当风力不足或夜间时向负载提供能量。

在上述包含储能单元的供电系统中，单向DC/DC变换器和双向DC/DC变换器构成了系统重要组成部分，但系统存在多级功率变换，结构复杂，效率较低且成本较高。为解决该问题，可采用MPC (Multiple-ports DC/DC converter, 多端口变换器)取代系统中原有的多个分立变换器，进而简化系统结构，降低系统成本。MPC是随着新能源发电技术的发展而提出的一类新型变换器，它通过单个变换器可以同时实现输入源、储能单元和负载的功率管理和控制，允许多种能源输入输出，具有高集成度、高效率、高可靠性、低成本等优点，应用前景良好。

TPC (Triple-ports DC/DC converter, 三端口直流变换器)是MPC的一种特例，它包含三个电气端口。在需要电气隔离的应用场合，从现有TPC拓扑来看，一般存在开关管数量较多、变压器绕组结构复杂等问题，为此非常有必要提出结构更简洁、具有高效率和高功率密度的新型TPC电路拓扑。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了Buck/Boost集成型三端口直流变换器及其控制方法。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案。

Buck/Boost集成型三端口直流变换器，包括变压器、复合H桥单元、半桥单元，所述复合H桥单元包括由第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管组成的两组桥臂，由分立电感构成的端口电感支路，串联电感，隔直电容；所述半桥单元包括由第五开关管、第六开关管组成的一组桥臂，由第一分压电容、第二分压电容组成的分压电容支路；其中：

所述第一开关管漏极与第二开关管漏极连接；所述第一开关管源极、第三开关管漏极、分立电感一端分别与串联电感一端连接；所述隔直电容一极与所述串联电感另一端连接，另一极与变压器一侧绕组同名端连接；所述变压器一侧绕组非同名端、第二开关管源极分别与第四开关管漏极连接；所述第三开关管源极与第四开关管源极连接；第一开关管漏极与第三开关管源极连接所述Buck/Boost集成型三端口直流变换器的第一端口，分立电感另一端与与第三开关管源极连接所述Buck/Boost集成型三端口直流变换器的第二端口；

所述第五开关管漏极与第一分压电容一极连接；所述第五开关管源极、第六开关管漏极分别与变压器另一侧绕组同名端连接；所述第一分压电容另一极、第二分压电容一级分别与变压器另一侧绕组非同名端连接；所述第二分压电容另一极与第六开关管源极连接；由第一分压电容、第二分压电容组成的分压电容支路两端连接Buck/Boost集成型三端口直流变换器的第三端口。

Buck/Boost集成型三端口直流变换器，包括变压器、复合H桥单元、半桥单元，所述复合H桥单元包括由第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管组成的两组桥臂，由第一耦合电感、第二耦合电感构成的端口电感支路，串联电感，隔直电容；所述半桥单元包括由第五开关管、第六开关管组成的一组桥臂，由第一分压电容、第二分压电容组成的分压电容支路；其中：