一種隔離型橋式三端口直流變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于直流變換技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種隔離型橋式三端口直流變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]可再生能源目前正受到越來越廣泛的應(yīng)用，然而可再生能源的間斷性、不穩(wěn)定性與要求穩(wěn)定能量供給的負(fù)載之間存在矛盾，需引入儲(chǔ)能裝置以平衡可再生能源與負(fù)載之間的能量，一般采用同時(shí)連接可再生能源、儲(chǔ)能裝置及負(fù)載的三端口電路來解決這一矛盾。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，有以下兩種三端口電路:一種是基于兩個(gè)半橋結(jié)構(gòu)的三端口電路，其中的隔離變壓器原邊半橋與可再生能源連接，副邊半橋與負(fù)載連接，儲(chǔ)能裝置與原邊分壓電容并聯(lián)；通過對原邊橋臂兩個(gè)開關(guān)管的控制可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能裝置的充放電；同時(shí)，通過增加一個(gè)開關(guān)管以增加一個(gè)控制自由度，實(shí)現(xiàn)對三個(gè)端口之間的能量管理，該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是不能為三個(gè)端口均提供電氣隔離與電壓匹配，其軟開關(guān)的工作范圍有限。
[0004]另一種是基于多繞組變壓器的三端口電路，通過將三繞組變壓器與三個(gè)全橋結(jié)構(gòu)相連，再分別連接可再生能源、儲(chǔ)能裝置以及負(fù)載，以實(shí)現(xiàn)三個(gè)端口之間的電氣隔離與電壓匹配，并可通過控制三個(gè)全橋之間的相位關(guān)系來控制端口之間的能量流動(dòng)；然而該結(jié)構(gòu)三個(gè)變壓器繞組之間耦合嚴(yán)重，存在環(huán)流，導(dǎo)致效率降低且控制比較復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種隔離型橋式三端口直流變換器，采用兩個(gè)三繞組變壓器形成隔離單元，將兩個(gè)三繞組變壓器的原邊繞組串聯(lián)，兩個(gè)副邊繞組分組交叉并互相反向串聯(lián)，使隔離單元的第一輸出端與第二輸出端之間的電壓和第三輸出端與第四輸出端之間的電壓分享互補(bǔ)的脈沖，消除了可再生能源、儲(chǔ)能裝置和負(fù)載這三端之間的環(huán)流并減少了由環(huán)流帶來的能量損耗。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種橋式三端口直流變換器，包括逆變單元、隔離單元、第一輸出單元和第二輸出單元；
[0007]其中，逆變單元的第一端口作為隔離型橋式三端口直流變換器的輸入端，用于連接可再生能源的輸出端；隔離單元的第一端口連接逆變單元的第二端口 ；
[0008]第一輸出單元的第一端口連接隔離單元的第二端口，第一輸出單元的第二端口作為隔離型橋式三端口直流變換器的負(fù)載電壓輸出口，用于連接負(fù)載；
[0009]第二輸出單元的第一端口連接隔離單元的第三端口 ；所述第二輸出單元的第二端口作為隔離型橋式三端口直流變換器與儲(chǔ)能裝置之間的接口，用于連接儲(chǔ)能裝置；
[0010]隔離單元第二端口的電壓與第三端口的電壓之間呈互補(bǔ)關(guān)系，使得可再生能源、儲(chǔ)能裝置以及負(fù)載這三端之間無環(huán)流；第二輸出單元)是一個(gè)雙向單元，來自隔離單元的電流可以經(jīng)由第二輸出單元流入儲(chǔ)能裝置，而儲(chǔ)能裝置里的電流也可經(jīng)第二輸出單元流入到隔離單元，供給負(fù)載。
[0011]優(yōu)選的，逆變單元包括第一逆變橋臂、第二逆變橋臂和電容分壓網(wǎng)絡(luò)；所述第一逆變橋臂、第二逆變橋臂和電容分壓網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)，并聯(lián)的正端作為逆變單元的第一輸入端，用于連接可再生能源的輸出正端，并聯(lián)的負(fù)端作為逆變單元的第二輸入端，用于連接可再生能源的輸出負(fù)端；其中，以電容分壓網(wǎng)絡(luò)的正端作為并聯(lián)的正端，以電容分壓網(wǎng)絡(luò)的負(fù)端作為并聯(lián)的負(fù)端；第一輸入端與第二輸入端屬于逆變單元的第一端口；
[0012]第一逆變橋的中點(diǎn)臂A作為逆變單元的第一輸出端；第二逆變橋臂的中點(diǎn)B作為逆變單元的第二輸出端；電容分壓網(wǎng)絡(luò)的中點(diǎn)O作為逆變單元的第三輸出端；其中，逆變單元的第一輸出端、第二輸出端和第三輸出端屬于逆變單元的第二端口。
[0013]優(yōu)選的，第一逆變橋臂包括第一帶反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管31與第二帶反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管S2，第一帶反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管S1的源極與第二帶反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管S2的漏極相連，其連接端作為第一逆變橋臂的中點(diǎn)A ;
[0014]第二逆變橋臂包括第三帶反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管&與第四帶反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管S4，第三帶反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管S3的源極與第四帶反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管S4的漏極相連，其連接端作為第二逆變橋臂的中點(diǎn)B。
[0015]優(yōu)選的，電容分壓網(wǎng)絡(luò)包括第一分壓電容CjP第二分壓電容C2，第二分壓電容C2的第一端連接分壓電容(^的第二端，其連接端作為電容分壓網(wǎng)絡(luò)的中點(diǎn)O ;
[0016]第一分壓電容C1的第一端連接第一帶反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管S i的漏極，并連接第三帶反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管S3的漏極，其連接端作為電容分壓網(wǎng)絡(luò)的正端；
[0017]第二分壓電容C2的第一端連接第二帶反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管S2的源極，并連接第四帶反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管的源極S4，其連接端作為電容分壓網(wǎng)絡(luò)的負(fù)端。
[0018]優(yōu)選的，隔離單元包括兩個(gè)三繞組變壓器，一個(gè)是第一變壓器T1，另一個(gè)是第二變壓器T2;第一變壓器T i的原邊繞組T Pnp的第一端連接第二變壓器T 2原邊繞組T 2_np的第二端，其連接端作為隔離單元的第三輸入端；第一變壓器!\原邊繞組T i_np的第二端作為隔離單元的第一輸入端，第二變壓器1~2原邊繞組T 2__的第一端作為隔離單元的第二輸入端；隔離單元的第一、二、三輸入端屬于隔離單元的第一端口 ；
[0019]其中，第一變壓器T1的原邊繞組的T i_np第二端、第一副邊繞組T 的第二端與第二副邊繞組IVns2的第二端為第一變壓器τ 同名端；第二變壓器τ 2的原邊繞組τ 2_np的第二端、第一副邊繞組T2_nsl的第二端與第二副邊繞組T 212的第一端為第二變壓器T 2的同名端;
[0020]第一變壓器1\的第一副邊繞組T卜⑷的第一端與第二變壓器T 2的第一副邊繞組T2_nsl的第二端連接；第一變壓器T 第一副邊繞組T i_nsl的第二端作為隔離單元的第一輸出端；第二變壓器1~2的第一副邊繞組T2_nsl的第一端作為隔離單元的第二輸出端；隔離單元的第一、二輸入端屬于隔離單元的第二端口；
[0021]第一變壓器Tl的第二副邊繞組IVns2的第一端與第二變壓器T 2的第二副邊繞組T2-ns2的第二端連接；第一變壓器T 第二副邊繞組T i_ns2的第二端作為隔離單元的第三輸出端O3;第二變壓器T 2的第二副邊繞組T2_ns2的第一端作為隔離單元的第四輸出端；隔離單元的第一、二輸入端屬于隔離單元的第三端口 ；
[0022]兩個(gè)三繞組變壓器TjPT2為可再生能源、儲(chǔ)能裝置和負(fù)載這三端提供了電氣隔離與電壓匹配；上述的隔離單元連接方式，使得隔離單元第二端口電壓與隔離單元第三端口電壓之間呈互補(bǔ)關(guān)系，進(jìn)而使得可再生能源、儲(chǔ)能裝置以及負(fù)載這三端之間無環(huán)流；
[0023]且由于負(fù)載與儲(chǔ)能裝置電流在隔離單元原邊繞組均有映射，上述連接方式使負(fù)載與儲(chǔ)能裝置在原邊繞組的映射電流相互配合，拓寬了功率開關(guān)管S1、功率開關(guān)管S2、功率開關(guān)管&以及功率開關(guān)管S 4的軟開關(guān)范圍。
[0024]優(yōu)選的，第一輸出單元包括整流電路與濾波器；整流電路的第一輸入端作為第一輸出單元的第一輸入端，第二輸入端作為第一輸出單元的第二輸入端；濾波器的第一端連接整流電路的第一輸出端；濾波器的第二端連接整流電路的第二輸出端，其連接端作為第一輸出單元的輸出負(fù)端；濾波器的第三端作為第一輸出單元的輸出正端；其中第一輸入端和第二輸入端屬于第一輸出單元的第一端口，第一輸出單元的輸出負(fù)端和輸出正端屬于第一輸出單元的第二端口。
[0025]優(yōu)選的，上述第一輸出單元里的濾波器，采用LC濾波器，由濾波電感Lfl和濾波電容Cfl串聯(lián)而成；或者采用C濾波器，由濾波電容Cf3構(gòu)成。
[0026]優(yōu)選的，在大功率的場合，第二輸出單元采用全橋電路；全橋電路包括第五功率開關(guān)管、第六功率開關(guān)管、第七功率開關(guān)管、第八功率開關(guān)管和第二濾波電容Cf2;第五功率開關(guān)管的源極與第六功率開關(guān)管的漏極連接，其連接端C作為第二輸出單元的第一輸入端；
[0027]第七功率開關(guān)管的源極與第八功率開關(guān)管漏極連接，其連接端D作為第二輸出單元的第二輸入端；其中，第一輸入端和第二輸入端屬于第二輸出單元的第一端口 ；
[0028]第五功率開關(guān)管的漏極、第七功率開關(guān)管的漏極與第二濾波電容Cf2的第一端連接，其連接端作為第二輸出單元的第一輸出端；
[0029]第六功率開關(guān)管的源極、第八功率開關(guān)管的源極與第二濾波電容Cf2的第二端連接，其連接端作為第二輸出單元的第二輸出端；其中，第一輸出端和第二輸出端屬于第二輸出單元的第二端口。
[0030]優(yōu)選的，第二輸出單元采用半橋電路，半橋電路具有功率開關(guān)管數(shù)量少，控制簡單的優(yōu)點(diǎn)。
[0031]優(yōu)選的，第二輸出單元采用三電平電路，相比于半橋電路與全橋電路，三電平電路的每個(gè)功率開關(guān)管兩端電壓減小一半，適合于高壓大功率場合。
[0032]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0033](I)本發(fā)明提供的隔離型橋式三端口直流變換器，由于其隔離單元采用兩個(gè)三繞組變壓器TjPT2，為可再生能源、負(fù)載和儲(chǔ)能裝置端口提供了電氣隔離與電壓匹配；
[0034]且將兩個(gè)三繞組變壓器原邊繞組串聯(lián)，兩個(gè)副邊繞組分組交叉并互相反向串聯(lián)，使得隔離單元第一輸出端O1與第二輸出端O2之間的電壓同隔離單元第三輸出端O3與第四輸出端O4之間電壓呈互補(bǔ)關(guān)系，因而儲(chǔ)能裝置與負(fù)載之間無直接的能量通路，三個(gè)端口之間無環(huán)流；
[0035]這種連接方式使得隔離型橋式三端口直流變換器避免了由環(huán)流帶來的額外的能量損耗，提高了效率；
[0036](2)本發(fā)明提供的隔離型橋式三端口直流變換器，由于變壓器副邊兩組輸出端口分享互補(bǔ)的脈沖，使兩組輸出端口的電流在原邊的映射相互配合，因而原邊開關(guān)管在較寬的工作范圍內(nèi)均能夠?qū)崿F(xiàn)各開關(guān)管的軟開關(guān)；
[0037](3)本發(fā)明提供的隔離型橋式三端口直流變換器，第二輸出單元是一個(gè)雙向單元，通過對第二輸出單元的功率開關(guān)的移相控制使得變換器工作于兩種不同的狀態(tài)；一是雙輸出狀態(tài):可再生能源產(chǎn)生的能量大于負(fù)載所需能量，多余的能量流入儲(chǔ)能裝置進(jìn)行儲(chǔ)存；二是雙輸入狀態(tài)，可再生能源產(chǎn)生的能量小于負(fù)載所需能量，不足的能量由儲(chǔ)能裝置供給。
【附圖說明】
[0038]圖1是本發(fā)明提供的隔離型橋式三端口直流變換器的系統(tǒng)框圖；
[0039]圖2是本發(fā)明提供的隔離型橋式三端口直流變換器的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0040]圖3是采用LC濾波器作為濾波電路的第一輸出單元電路示意圖；
[0041]圖4是采用C濾波器作為濾波電路的第一輸出單元電路示意圖；
[0042]圖5是實(shí)施例1提供的隔離型橋式三端口直流變換器的電路示意圖；
[0043]圖6是實(shí)施例2提供的隔離型橋式三端口直流變換器的電路示意圖；
[0044]圖7是實(shí)施例3提供的隔離型橋式三端口直流變換器的電路示意圖；
[0045]圖8是實(shí)施例4提供的隔離型橋式三端口直流變換器的電路示意圖；
[0046]圖9是實(shí)施例5提供的隔離型橋式三端口直流變換器的電路示意圖；
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