[发明专利]三端口直流变换器及其控制方法和电路

说明书

本发明公开了六种三端口直流变换器及其控制方法和电路。其中一种，二极管D₂的阴极连接到开关管S₁的漏极，S₁的源极连接到二极管D₁的阴极和储能电感L的一端，D₁的阳极连接到开关管S₂的源极。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

本发明属于电力电子技术领域，特别是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。为了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，如文献“Hongfei Wu,Peng Xu,Haibing Hu,Zhou Zihu,Yan Xing.Multiport converters basedon integration of full-bridge and bidirectional dc-dc topologies forrenewable generation systems,IEEE Trans.Ind.Electron.,2014,61(2),856-869”，“Jianwu Zeng,Wei Qiao,Liyan Qu,Yanping Jiao,An isolated multiport dc-dcconverter for simultaneous power management of multiple different renewableenergy sources,IEEE J.Emerg.Sel.Topics Power Electron.,2014,2(1),70-78.”上述拓扑适用于高电压等级，大功率的应用场合。但是，均存在器件数量多，体积较大，功率密度低，成本高，控制复杂的问题。

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三端口直流变换器及其控制方法和控制电路。