[发明专利]双向三端口非隔离直流变换器及其控制方法

摘要

本发明公开了双向三端口非隔离直流变换器及其控制方法，属于电力电子变换器技术领域。所述双向三端口非隔离直流变换器由四个开关管、一个包含第一绕组和第二绕组的耦合电感、一个高频电感和一个辅助电容构成，该双向三端口非隔离直流变换器能够同时连接低压侧电源、中间侧电源和高压侧电源等三个电源，且能够同时实现任意两个电源之间的单级、双向功率变换，通过同时采用占空比和移相控制为系统提供两个独立的控制变量、使得任意两个端口可以同时处于受控状态，且能够实现所有开关管的软开关。本发明具有结构和控制简单、功率密度高、效率高、成本低等优点，特别适合混合储能、电动汽车、直流微网等包含多个储能或多条双向直流母线的功率系统。

主权项

一种双向三端口非隔离直流变换器，其特征在于：所述双向三端口非隔离直流变换器由第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、耦合电感LC、高频电感Lf、辅助电容CA、低压侧电源VL、中间侧电源VM和高压侧电源VH构成，其中耦合电感LC包含第一绕组N1和第二绕组N2；所述低压侧电源VL的正极连接耦合电感LC第一绕组N1的同名端，耦合电感LC第一绕组N1的非同名端连接第一开关管S1的漏极和第二开关管S2的源极，第二开关管S2的漏极连接第三开关管S3的源极、高频电感Lf的一端和中间侧电源VM的正极，中间侧电源VM的负极连接第一开关管S1的源极、低压侧电源VL的负极和高压侧电源VH的负极，高压侧电源VH的正极连接第四开关管S4的漏极，第四开关管S4的源极连接第三开关管S3的漏极和辅助电容CA的一端，辅助电容CA的另一端连接耦合电感LC第二绕组N2的非同名端，耦合电感LC第二绕组N2的同名端连接高频电感Lf的另一端；所述双向三端口非隔离直流变换器的控制方法如下：第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4的开关频率相同，在每个开关周期内第一开关管S1和第三开关管S3的导通时间占空比相同、第二开关管S2和第四开关管S4的导通时间占空比相同，第一开关管S1和第二开关管S2互补导通，第三开关管S3和第四开关管S4互补导通；通过调节第一开关管S1和第二开关管S2的导通时间占空比来控制低压侧电源VL和中间侧电源VM之间的电压平衡和能量传输：当需要增加中间侧电源VM电压或者降低低压侧电源VL电压或者增大由低压侧电源VL向中间侧电源VM传输的功率或者减小中间侧电源VM向低压侧电源VL传输的功率时，增加第一开关管S1的导通时间占空比并减小第二开关管S2的导通时间占空比；当需要增加低压侧电源VL电压或者降低中间侧电源VM电压或者增大由中间侧电源VM向低压侧电源VL传输的功率或者减小低压侧电源VL向中间侧电源VM传输的功率时，增加第二开关管S2的导通时间占空比并减小第一开关管S1的导通时间占空比；通过调节第一开关管S1和第三开关管S3导通时刻之间的超前或滞后时间来控制高压侧电源VH和中间侧电源VM以及低压侧电源VL之间的电压平衡和能量传输：当需要高压侧电源VH吸收功率时，设置第一开关管S1的导通时刻超前于第三开关管S3的导通时刻；当需要高压侧电源VH输出功率时，设置第一开关管S1的导通时刻滞后于第三开关管S3的导通时刻。