[发明专利]一种非隔离双向多端口直流变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种非隔离双向多端口直流变换器，属于电力电子变换器技术领域。

背景技术

可再生能源供电系统、航天供电系统等直流分布式供电系统中，通常存在多个电压等级接近的直流母线或输入源，为了提高整个供电系统的可靠性，需要将各个直流母线或者输入源相互连接，以实现相互之间的双向、可控的功率传输。为了实现多个直流母线或者输入源的连接，传统解决方案通常采用基于公共直流母线的系统架构，如附图1所示，各个直流母线或者输入源都通过双向直流变换器连接到公共直流母线，以公共直流母线为媒介完成各母线或者输入源之间的功率传输与变换。虽然基于公共直流母线的多母线/输入源互联技术发展成熟，但是存在如下问题：

(1)各个输入源之间的功率传输都要经过两级功率变换，降低了系统效率；

(2)公共直流母线电压的设定要考虑各输入源的极限情况，以附图1为例，各个输入源到公共直流母线之间都为降压变换，为保证系统功率可控，公共直流母线的电压值要比所有输入源电压都要低，而对于降压变换器，输入输出之间的电压差越大，其功率变换效率越低；

(3)为了保证公共直流母线电压的稳定，公共直流母线上需要设置大容量的电容，大幅增加了系统体积、重量和成本，而且一旦电容发生短路等故障，将会引起火灾等事故、导致系统的失效；

(4)公共直流母线电容的引入，使得任意两个双向直流变换器之间形成并联或者级联的结构，级联系统的稳定性设计复杂，增加了系统实现的难度、降低了系统的可靠性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提出一种非隔离双向多端口直流变换器。

该变换器由N个双向输入/输出电路单元组成，N为大于1的自然数，其中：

所述N个双向输入/输出电路单元中的每个双向输入/输出电路单元均是由一个输入源、第一开关管、第二开关管和一个电感组成，输入源的正极连接第一开关管的漏极，输入源的负极连接第二开关管的源极，第一开关管的源极同时连接第二开关管的漏极和电感的①端，所述N个双向输入/输出电路单元中各个电感的②端都相互连接在一起，所述N个双向输入/输出电路单元中各个输入源的负端都相互连接在一起。

本发明具有如下技术效果：

(1)任意两个输入源之间都可以实现单级功率变换，减少了功率变换的级数，提高了系统效率；

(2)任意两个输入源之间都可以实现非隔离双向升降压变换，理论上各个输入源的电压可以为任意值，变换器适应能力强；

(3)相对于传统解决方案，消除了公共直流母线，消除了直流母线电容，降低了系统体积、重量和成本，提高了系统可靠性。

附图说明

附图1是基于公共直流母线的传统解决方案电路原理图；

附图2是本发明非隔离双向多端口直流变换器原理图；

附图3为非隔离双向三端口直流变换器原理图；

附图4为非隔离双向三端口直流变换器工作时的等效电路图；

以上附图中的符号名称：1、2、3、N为双向输入/输出电路单元的编号；V_in1、V_in2、V_in3、V_inN分别为第1、第2、第3和第N个双向输入/输出电路单元中的输入源；S₁₁、S₂₁、S₃₁、S_N1分别为第1、第2、第3和第N个双向输入/输出电路单元中的第一开关管；S₁₂、S₂₂、S₃₂、S_N2分别为第1、第2、第3和第N个双向输入/输出电路单元中的第二开关管；L₁、L₂、L₃、L_N分别为第1、第2、第3和第N个双向输入/输出电路单元中的电感；①和②分别为电感的两端；v_L1、v_L2、v_L3分别为电感L₁、L₂和L₃①端的平均电压。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。