[发明专利]一种输出电压宽范围可调的恒功率直流供电系统

说明书

本发明公开了一种输出电压宽范围可调的恒功率直流供电系统，所述输出电压宽范围可调的恒功率直流供电系统由2^N个隔离型直流变换器和一个N级串并联切换电路构成，N为大于0的自然数，每个隔离型直流变换器包括一个输入端口和一个输出端口，N级串并联切换电路包括2^N个输入端口和一个输出端口，各隔离型直流变换器的输入端口相互并联并连接直流输入源、输出端口分别依次与N级串并联切换电路的输入端口连接，N级串并联切换电路的输出端口连接负载，本发明通过对N级串并联切换电路的控制，灵活改变系统整体拓扑的连接形式，增大输出电压的调节范围，减小单个隔离型直流变换器的电压、电流应力，特别适合宽电压范围恒功率直流供电等应用场合。

技术领域

本发明涉及一种直流供电系统，尤其涉及一种输出电压宽范围可调的恒功率直流供电系统，属于电力电子变换及直流供电系统领域。

背景技术

近年来，可再生能源发电、电动汽车、航天器、绿色数据中心等高新技术领域的快速发展，对电力电子变换器不断提出了新的要求，同时也促进了对高效、高功率密度电力电子变换器的研究与探索。在这些系统中，由于输入电源(可再生能源、储能电池、燃料电池等)或者负载特性(等离子体放电等)的特殊性，电力电子变换器的端电压范围都比较宽，例如电动汽车中的高压动力电池的充电电压随其荷电状态在约200V～450V之间变化。因此，如何在宽电压范围内实现大功率范围高效率变换是这些技术领域所关注的重点问题。

传统的隔离型直流变换器为了兼容宽输出电压范围，需要按照极限增益调节来设计参数并选择器件，增益变化范围越宽，器件的极限电压/电流应力越高，导致不得不选用高电压/电流定额的开关器件，降低了变换器整体效率。针对该问题，文献“Chuan Yao，Xinbo Ruan，Xuehua Wang，Chi K.Tse.Isolated Buck-Boost DC/DC ConvertersSuitable for Wide Input-Voltage Range[J1.IEEE Transactions on PowerElectronics，2011，26(9)：2599-2613.”通过将降压型变换器和升压型变换器级联来拓宽变换器的增益范围，但是从输入到输出需要经过两级功率变换，会产生多余的损耗。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种输出电压宽范围可调的恒功率直流供电系统，有效增大输出电压的调节范围，减小单个隔离型直流变换器的电压、电流应力。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明所述输出电压宽范围可调的恒功率直流供电系统由直流输入源(V_in)、2^N个隔离型直流变换器、一个N级串并联切换电路和负载构成，N为大于0的自然数；

所述隔离型直流变换器包括一个输入端口和一个输出端口，其中输入端口与输出端口是电气隔离的，所述N级串并联切换电路包括2^N个输入端口和一个输出端口；

每个隔离型直流变换器的输入端口相互并联并连接直流输入源，每个隔离型直流变换器的输出端口分别依次与N级串并联切换电路的输入端口连接，N级串并联切换电路的输出端口连接负载。

所述输出电压宽范围可调的恒功率直流供电系统中N级串并联切换电路由1～N级串并联切换单元级联连接构成，所述串并联切换单元包括两个输入端口(输入端口1和输入端口2)和一个输出端口，所述串并联切换单元由第一辅助开关管(S_a1)、第一辅助二极管(D_a1)和第二辅助二极管(D_a2)组成；