[发明专利]一种非隔离三端口直流开关变换器及其控制方法

说明书

本发明涉及一种非隔离三端口直流开关变换器及其控制方法。该变换器包括光伏电池、蓄电池、第一至第四开关管、第一至第五二极管、滤波电感、滤波电容、负载；光伏电池的正极经第一二极管、第一开关管与滤波电感的一端、第四二极管的阴极连接，光伏电池的负极与蓄电池的负极、第四二极管的阳极、第四开关管的第一端、滤波电容的一端、负载的一端连接；蓄电池的正极经第二二极管、第二开关管与滤波电感的一端连接，蓄电池的正极还经第三二极管、第三开关管与滤波电感的另一端、第五二极管的阳极、第四开关管的第二端连接，第五二极管的阴极与滤波电容的另一端、负载的另一端连接。本发明具有成本低、集成度高、变换效率高，工作方式灵活和可靠性高等优点。

技术领域

本发明涉及一种非隔离三端口直流开关变换器及其控制方法。

背景技术

随着能源危机和环境污染问题日益严重，太阳能、风能、燃料电池等新能源和可再生能源的开发和利用得到越来越广泛的关注，新能源发电系统已成为世界各国关注和研究的热点。由于太阳能电池等新能源发电系统存在电力供应不稳定、不连续和随环境条件变化等缺点，需要配备储能装置以提供峰值功率和回收多余能量，保证供电的连续性和可靠性。

独立光伏供电系统中，由于需要同时对光伏电池的输出功率、蓄电池等储能装置的充放电控制功率以及供电负载功率进行管理和控制，通常需要采用多个两端口变换器组合构成功率管理与控制系统，然而由于变换器数目多、各个变换器分时工作，系统功率密度低、体积重量大、成本高，且由于各个变换器彼此分散控制且各自独立工作，可能影响系统稳态和动态性能。而采用三端口变换器替代独立变换器可以提升系统的效率和可靠性，降低系统成本，已经成为了近年来电力电子变换领域的研究和应用热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非隔离三端口直流开关变换器及其控制方法，具有成本低、集成度高、变换效率高，工作方式灵活和可靠性高等优点。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种非隔离三端口直流开关变换器，包括光伏电池、蓄电池、第一至第四开关管、第一至第五二极管、滤波电感、滤波电容、负载；光伏电池的正极经第一二极管、第一开关管与滤波电感的一端、第四二极管的阴极连接，光伏电池的负极与蓄电池的负极、第四二极管的阳极、第四开关管的第一端、滤波电容的一端、负载的一端连接；蓄电池的正极经第二二极管、第二开关管与滤波电感的一端连接，蓄电池的正极还经第三二极管、第三开关管与滤波电感的另一端、第五二极管的阳极、第四开关管的第二端连接，第五二极管的阴极与滤波电容的另一端、负载的另一端连接。

本发明还提供了一种基于上述所述的非隔离三端口直流开关变换器的控制方法，包括以下四种工作模式：

（1）光伏电池单独对负载供电工作模式：第二开关管、第三开关管关断，此时电路由第一开关管、第四开关管、第一二极管、第四二极管、第五二极管、滤波电感和滤波电容组成升降压直流变换器；当第一开关管、第四开关管导通时，光伏电池通过第一开关管和第四开关管对滤波电感充电；当第一开关管、第四开关管关断时，滤波电感中的能量通过第四二极管和第五二极管续流，为负载供电；

（2）蓄电池单独对负载供电工作模式：第一开关管、第三开关管关断，此时电路由第二开关管、第四开关管、第二二极管、第四二极管、第五二极管、滤波电感和滤波电容组成升降压直流变换器；当第二开关管、第四开关管导通时，蓄电池通过第二开关管和第四开关管对滤波电感充电；当第二开关管、第四开关管关断时，滤波电感中的能量通过第四二极管和第五二极管续流，为负载供电；