[发明专利]隔离型三端口双向DC/DC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及新型的电力电子接口技术领域，尤其涉及一种隔离型三端口双向DC/DC变换器。

背景技术

随着环境污染和能源危机的日益严重，世界各国采取了提高能源利用率、改善能源结构、探索新能源、发展可再生能源等措施，以实现能源的可持续利用与均衡发展。在各种可再生能源迅速发展的影响下，电源系统正朝着燃料电池、光伏发电、风力发电等新型能源以及蓄电池、超级电容、超导线圈等储能装置综合应用的领域发展。

在传统的配有储能装置的新能源联合供电系统中，每种能源以及储能装置均需通过一个DC/DC变换器变成直流输出，并联在公共的直流母线上，其结构复杂，且成本较高。而多端口双向直流变换器不仅自身具有多输入、多输出，能量双向流动的特点，而且与传统的多个单输入直流变换器相比，具有明显的优势：较少的元器件数量，较高的功率密度，较小的体积以及较低的成本。因此，多端口双向DC/DC变换器更适合于多电源转换系统。

对于多端口双向DC/DC变换器，按照其各端口的连接方式可分为非隔离型，部分隔离型和完全隔离型。非隔离型多端口双向DC/DC变换器各端口的基本拓扑单元通过公共直流母线连接在一起，能量通过公共直流母线进行汇聚和交换，通常采取PWM控制，因此，非隔离型多端口变换器各端口的直流侧电压变化范围受到一定限制，不适用于具有多种电压等级应用场合的多电源系统；部分隔离型多端口双向DC/DC变换器的特点是部分端口共地，这些端口与其他端口电气隔离；完全隔离型的多端口双向DC/DC变换器的每个端口均拥有自己独立的参考地，可以完全摆脱电压等级的束缚，不同的电压可通过相应的匝比相匹配。因此在电压等级相差较大的多输入电源系统中具有更大的优势。另外，由于其结构对称，有利于模块化应用，且可以任意添加模块；通过移相控制可实现两两互传能量。三端口变换器作为多端口变换器的特例成为了本领域的重点研究对象。

通过查阅相关的文献得知：国内外学者所研究的基于移相控制的完全隔离型三端口电路拓扑大部分都是由电压型的基本拓扑单元所合成，比如由三个电压型全桥单元通过一个三绕组变压器耦合而成的三端口电路拓扑，由三个电压型半桥单元通过一个三绕组变压器耦合而成的三端口电路拓扑，由两个电压型半桥单元和一个升压型半桥单元通过一个三绕组变压器耦合成的三端口电路拓扑，由两个升压型半桥单元和一个电压型半桥单元通过一个三绕组变压器耦合成的三端口电路拓扑等。尽管电压型多端口电路拓扑的应用场合比较广，但对于要求端口电流纹波小且电压波动大的应用场合，电压型多端口电路拓扑依然受到了限制。

为了拓展完全隔离型的三端口电路拓扑的合成类型，完善完全隔离型的多端口双向直流变换器在各种新能源混合发电系统以及各种混合储能系统中的应用，本发明引入电流型全桥单元以及电流型半桥单元，提出一种新型的基于移相控制的完全隔离型三端口双向DC/DC变换器。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供一种隔离型三端口双向DC/DC变换器，其目的在于完善完全隔离的多端口双向DC/DC变换器在各种新能源混合发电系统以及各种混合储能系统中的应用，譬如对于超导磁储能来说，电流型拓扑更适用。本发明所提出的三端口双向DC/DC变换器可以结合移相控制策略的优点，实现能量的优化管理。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种隔离型三端口双向DC/DC变换器，包括三绕组变压器，所述的三绕组变压器将三个独立绕组套装在同一个磁芯上，取电流型全桥单元或电流型半桥单元与三绕组变压器的一个端口相连，取电压型全桥单元、电压型半桥单元、升压型半桥单元以及串联谐振型全桥单元中的任意两个相同或不同的电压型基本拓扑单元分别与三绕组变压器的另外两个绕组端口相连，构成基于移相控制的三端口双向DC/DC变换器；

所述的电流型全桥单元由两个桥臂对并联组成，每个桥臂对由两个开关器件串联组成，四个开关器件由MOSFET或IGBT串联二极管构成，均单向导通，关断时双向截止，在两个桥臂对中点间并联一个高频电容，桥臂对中点为输出端，并联结点为输入端；

所述的电流型半桥单元由两个桥臂对并联组成，每一桥臂对是由一个电感和一个单向导通关断时双向截止的开关器件构成，每个开关器件由MOSFET或IGBT串联二极管构成，两个桥臂对中点间并联一个高频电容，桥臂对中点为输出端，并联结点为输入端；

所述的电压型全桥单元由两个桥臂对并联组成，每个桥臂对由两个开关串联组成，桥臂对中点为输出端，并联结点为输入端，输入端并联电容C_in1；