[发明专利]双隔离升降压型多输入直流变换器

说明书

技术领域

本发明所涉及的双隔离升降压型多输入直流变换器，属电力电子变换技术。

背景技术

直流变换器是应用功率半导体器件，将一种直流电能变换成另一种直流电能的静止变换 装置，供直流负载使用。输出直流负载与输入直流电源间有高频电气隔离的变换器，称为隔 离型直流变换器。高频电气隔离元件在变换器中主要起到了如下作用：1)实现了变换器输 出与输入之间的电气隔离，提高了变换器运行的安全可靠性和电磁兼容性；2)实现了变换器 输出电压与输入电压之间的匹配，即实现了变换器的输出电压可以高于、等于或低于输入电 压的技术效果，其应用范围得到了大大拓宽；3)当高频变压器或高频储能式变压器的工作 频率在20kHz以上时，其体积、重量大大降低了，音频噪音消除了。因此，在以直流发电机、 蓄电池、太阳能电池和燃料电池等为主直流电源的二次电能变换场合，隔离型直流变换器具 有重要的应用价值。

太阳能、风能、潮汐能和地热能等可再生能源(也称为绿色能源)，具有清洁无污染、廉 价、可靠、丰富等优点，因而具有广泛的应用前景。由于石油、煤和天然气等化石能源(不可 再生的能源)日益紧张、环境污染严重、导致全球变暖以及核能的生产又会产生核废料和污 染环境等原因，可再生能源的开发和利用越来越受到人们的重视。可再生能源发电主要有光 伏、风力、燃料电池、水力、地热等类型，均存在电力供应不稳定、不连续、随气候条件变 化等缺陷，因此需要采用多种能源联合供电的分布式供电系统。

传统的可再生能源分布式供电系统，如图1所示。该系统通常是采用多个单输入直流变 换器将太阳能电池、燃料电池、风力发电机等可再生能源发电设备输出的直流电变换成负载 变换器所需要的公共直流母线电压U_dc，然后再通过与直流母线相连的负载变换器将U_dc变换成 负载所需要的直流或交流电压，根据负载的性质选择负载变换器的类型。为了使可再生能源 发电部分能够协调工作，多种能源必须分别进行电能变换后连接到公共的直流母线上，因此 需要多个单输入直流变换器并在输出端加以并联，因而存在电路结构复杂、成本高等缺陷。

为了简化电路结构，可以用一个多输入直流变换器取代多个单输入直流变换器，组成新 型的可再生能源分布式供电系统，如图2所示。多输入直流变换器允许多种能源输入，输入 源的性质、幅值和特性可以相同，也可以差别很大。该供电系统具有电路结构简洁、成本低、 一个高频开关周期内多个输入源可同时或分时向负载供电、可提高系统的稳定性和灵活性、 可实现能源的优先利用等优点。

因此，寻求一类允许多种可再生能源联合供电的多输入直流变换器已迫在眉睫，对于简 化系统电路结构、降低成本、允许一个高频开关周期内多个输入源同时或分时向负载供电、 提高系统的稳定性和灵活性、实现可再生能源的优先利用将具有十分重要的意义。

发明内容

本发明目的是要提供一种具有输入直流电源共地或不共地、高频逆变电路之间以及输 出与输入之间双隔离、电压匹配能力强、多个输入电源分时供电、电路拓扑最简洁、共用 高频储能式变压器和输出回路、功率密度高、变换效率高、负载短路时可靠性高、适 合于中小功率输出、成本低、应用前景广泛等优点的双隔离升降压型多输入直流变换器。

本发明的双隔离升降压型多输入直流变换器，是由一个多输入单输出的高频储能式变 压器将多个相互隔离的、带有输入LC滤波器的高频逆变电路和一个共用的输出整流滤 波电路联接构成，高频储能式变压器的每个输入端与每个高频逆变电路的输出端一一 对应联接，高频储能式变压器的输出端与输出整流滤波电路的输入端相联接；所述每 个带有输入LC滤波器的高频逆变电路均由输入LC滤波器、能承受双向电压应力和单 向电流应力的两象限高频功率开关构成的高频逆变器依序级联构成，所述输出整流滤波 电路由一个或二个高频整流二极管构成的高频整流器、输出电容滤波器依序级联构成；所 述变换器的多个输入源能同时投入工作且在一个高频开关周期内以相同或不同的占空 比分时对负载供电，所述变换器的多个输入源共地或不共地；所述变换器的电路拓扑为双 管反激式、并联交错双管反激式、并联交错单管反激式电路。

本发明将传统的可再生能源分布式供电系统中输出端并联的多个单输入直流变换器电路 结构，构建为双隔离升降压型多输入直流变换器电路结构，提出了双隔离升降压型多输入直 流变换器新概念、电路结构和拓扑族。