[发明专利]非隔离型三端口直流变换器及其控制方法和电路

说明书

本发明公开了六种非隔离型三端口直流变换器及其控制方法和电路。其中一种，开关管S₁的源极连接到二极管D₂的阳极，D₂的阴极连接到开关管S₂的源极和储能电感L的一端，S₂的漏极连接到二极管D₁的阴极。控制方法为，直流变换器的输入电压的采样值和参考值，经误差放大后再与锯齿波比较，生成驱动信号控制S₁；同时，直流变换器的负载电压的采样值和参考值，经误差放大后再与锯齿波比较，生成驱动信号控制S₂。控制电路为，两个误差放大器的输出端分别连接到两个比较器的输入端，两个比较器还输入锯齿波，两个比较器的输出端分别用于连接S₁和S₂的栅极。本发明的有益效果在于，采用单个变换器即可实现输入源、储能设备和负载之间的功率管理与控制。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是非隔离型三端口直流变换器及其控制方法和控制电路。

背景技术

近年来，随着环境污染和能源危机问题的加剧，利用太阳能、氢能、风能等新能源进行发电成为研究的热点。新能源发电系统按照是否与电网连接分为并网运行和独立运行两种运行方式，独立运行的新能源发电系统因为其结构简单，供电质量高等优点被广泛应用于偏远山区、海岛、工业园区等无电网地区的供电，除此之外，独立运行的新能源发电系统也被广泛应用于新能源汽车、独立LED照明系统的供电中。但是，由于新能源发电系统的输出特性往往与环境因素密切相关，不同环境条件下新能源发电系统的输出特性具有随机性和波动性，因此，在独立运行的新能源发电系统中必须配备储能单元来存储和调节电能，以满足用电负载对供电连续性和稳定性的要求。

在传统的新能源发电系统中，由于需要同时管理输入源、储能设备和负载，往往需要多个独立的变换器进行电能变换和能量的管理，系统结构复杂，效率低，成本高，无法实现集中式控制，以进一步提高系统的效率，降低系统成本。针对上述系统存在的问题，研究者提出将三端口变换器应用于新能源发电系统中，从而改进系统的效率，减小成本，提高功率密度，并实现集中式控制。已经有很多文献提出了多种三端口变换器的拓扑，但这些拓扑中往往包括三个甚至更多开关管，系统的成本高、体积大，控制复杂，且端口间的电压具有明显的大小约束，应用范围窄，参数设计较为困难。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了六种可同时实现输入功率源、储能设备和负载之间的功率流管理的非隔离型三端口直流变换器及其控制方法和控制电路。

第一种非隔离型三端口直流变换器，包括第一开关管S₁、第二开关管S₂、第一二极管D₁、第二二极管D₂和储能电感L；S₁的源极连接到D₂的阳极，D₂的阴极连接到S₂的源极和L的一端，S₂的漏极连接到D₁的阴极；S₁的漏极和D₁的阳极分别为输入端的正极和负极，D₁的阴极和S₁的源极分别为储能端的正极和负极，L的另一端和D₁的阳极分别为负载端的正极和负极。

第二种非隔离型三端口直流变换器，包括第一开关管S₁、第二开关管S₂、第一二极管D₁、第二二极管D₂和储能电感L；L的一端连接到S₂的漏极和D₂的阳极，S₂的源极连接到D₁的阳极，D₂的阴极连接到S₁的漏极；L的另一端和S₁的源极分别为输入端的正极和负极，S₁的漏极和D₁的阳极分别为储能端的正极和负极，D₁的阴极和S₁的源极分别为负载端的正极和负极。