專利名稱：Buck/Boost集成型三端口直流變換器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了 Buck/Boost集成型三端口直流變換器及其控制方法，屬于電力電子變換器的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著化石能源的日益衰竭和環(huán)境污染問題的日趨嚴(yán)重，傳統(tǒng)汽車正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，發(fā)展電動汽車已成迫切需求。采用燃料電池做主要電源的燃料電池電動汽車，其燃料電池具有燃料效率高、使用壽命長及零污染等優(yōu)點(diǎn)，但燃料電池不適合作為單一的直接驅(qū)動電源，一般使用單向DC/DC變換器，將燃料電池和單向DC/DC變換器共同組成供電裝置對外供電。此外，由于燃料電池動態(tài)響應(yīng)較慢，還有必要引入儲能單元和雙向DC/DC變換器來覆蓋功率波動，提高峰值功率，以改善燃料電池輸出功率瞬態(tài)特性，降低燃料電池成本。目前，儲能單元主要有超級電容和蓄電池兩種。新能源分布式供電系統(tǒng)與電動汽車供電系統(tǒng)類似。風(fēng)能、太陽能等清潔能源受環(huán)境影響較大，功率不穩(wěn)定，致使傳統(tǒng)電網(wǎng)無法承載，白天太陽能發(fā)電量大，夜間則跌倒低谷，風(fēng)能發(fā)電也有類似問題，上下波動的電量難以直接被電網(wǎng)利用。新能源要想發(fā)展必須依托高效功率變換技術(shù)和儲能技術(shù)——將不穩(wěn)定的風(fēng)能、太陽能發(fā)電實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的調(diào)節(jié)，使其平穩(wěn)輸出；在風(fēng)量較大和光照充裕的情況下，將風(fēng)能和光能通過儲能單元儲存起來，當(dāng)風(fēng)力不足或夜間時向負(fù)載提供能量。在上述包含儲能單元的供電系統(tǒng)中，單向DC/DC變換器和雙向DC/DC變換器構(gòu)成了系統(tǒng)重要組成部分，但系統(tǒng)存在多級功率變換，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率較低且成本較高。為解決該問題，可采用MPC (Multiple-ports DC/DC converter,多端口變換器)取代系統(tǒng)中原有的多個分立變換器，進(jìn)而簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)成本。MPC是隨著新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展而提出的一類新型變換器，它通過單個變換器可以同時實(shí)現(xiàn)輸入源、儲能單元和負(fù)載的功率管理和控制，允許多種能源輸入輸出，具有高集成度、高效率、高可靠性、低成本等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景良好。TPC (Triple-ports DC/DC converter,三端口直流變換器)是MPC 的一種特例，它包含三個電氣端口。在需要電氣隔離的應(yīng)用場合，從現(xiàn)有TPC拓?fù)鋪砜?，一般存在開關(guān)管數(shù)量較多、變壓器繞組結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，為此非常有必要提出結(jié)構(gòu)更簡潔、具有高效率和高功率密度的新型TPC電路拓?fù)洹?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述背景技術(shù)的不足，提供了 Buck/Boost集成型三端口直流變換器及其控制方法。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案。Buck/Boost集成型三端口直流變換器，包括變壓器、復(fù)合H橋單元、半橋單元，所述復(fù)合H橋單元包括由第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管組成的兩組橋臂，由分立電感構(gòu)成的端口電感支路，串聯(lián)電感，隔直電容；所述半橋單元包括由第五開關(guān)管、第六開關(guān)管組成的一組橋臂，由第一分壓電容、第二分壓電容組成的分壓電容支路；其中:
所述第一開關(guān)管漏極與第二開關(guān)管漏極連接；所述第一開關(guān)管源極、第三開關(guān)管漏極、分立電感一端分別與串聯(lián)電感一端連接；所述隔直電容一極與所述串聯(lián)電感另一端連接，另一極與變壓器一側(cè)繞組同名端連接；所述變壓器一側(cè)繞組非同名端、第二開關(guān)管源極分別與第四開關(guān)管漏極連接；所述第三開關(guān)管源極與第四開關(guān)管源極連接；第一開關(guān)管漏極與第三開關(guān)管源極連接所述Buck/Boost集成型三端口直流變換器的第一端口，分立電感另一端與與第三開關(guān)管源極連接所述Buck/Boost集成型三端口直流變換器的第二端口 ；
所述第五開關(guān)管漏極與第一分壓電容一極連接；所述第五開關(guān)管源極、第六開關(guān)管漏極分別與變壓器另一側(cè)繞組同名端連接；所述第一分壓電容另一極、第二分壓電容一級分別與變壓器另一側(cè)繞組非同名端連接；所述第二分壓電容另一極與第六開關(guān)管源極連接；由第一分壓電容、第二分壓電容組成的分壓電容支路兩端連接Buck/Boost集成型三端口直流變換器的第三端口。Buck/Boost集成型三端口直流變換器，包括變壓器、復(fù)合H橋單元、半橋單元，所述復(fù)合H橋單元包括由第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管組成的兩組橋臂，由第一耦合電感、第二耦合電感構(gòu)成的端口電感支路，串聯(lián)電感，隔直電容；所述半橋單元包括由第五開關(guān)管、第六開關(guān)管組成的一組橋臂，由第一分壓電容、第二分壓電容組成的分壓電容支路；其中:
所述第一開關(guān)管漏極與第二開關(guān)管漏極連接；所述第一開關(guān)管源極、第三開關(guān)管漏極、第一耦合電感同名端分別與串聯(lián)電感一端連接；所述第一耦合電感非同名端與第二耦合電感同名端連接；所述隔直電容一極與所述串聯(lián)電感另一端連接，另一極與變壓器一側(cè)繞組同名端連接；所述變壓器一側(cè)繞組非同名端、第二開關(guān)管源極、第四開關(guān)管漏極分別與第二耦合電感非同名端連接；所述第三開關(guān)管源極與第四開關(guān)管源極連接；第一開關(guān)管漏極與第三開關(guān)管源極連接所述Buck/Boost集成型三端口直流變換器的第一端口，第二耦合電感同名端與第三開關(guān)管源極連接所述Buck/Boost集成型三端口直流變換器的第二端口 ；
所述第五開關(guān)管漏極與第一分壓電容一極連接；所述第五開關(guān)管源極、第六開關(guān)管漏極分別與變壓器另一側(cè)繞組同名端連接；所述第一分壓電容另一極、第二分壓電容一級分別與變壓器另一側(cè)繞組非同名端連接；所述第二分壓電容另一極與第六開關(guān)管源極連接；由第一分壓電容、第二分壓電容組成的分壓電容支路兩端連接Buck-Boost集成型三端口直流變換器的第三端口。所述Buck/Boost集成型三端口直流變換器的控制方法，所述第一開關(guān)管、第三開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通，第二開關(guān)管、第四開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通，第一開關(guān)管、第二開關(guān)管的占空比均為D，第一開關(guān)管驅(qū)動信號超前第二開關(guān)管半個周期，第五開關(guān)管驅(qū)動信號上升沿與第一開關(guān)管驅(qū)動信號上升沿之間的相位差為Φ，通過調(diào)節(jié)第一開關(guān)管、第二開關(guān)管的占空比D以及第五開關(guān)管驅(qū)動信號上升沿與第一開關(guān)管驅(qū)動信號上升沿之間的相位差為Φ來控制所述Buck/Boost集成型三端口直流變換器三端口的輸入量或者輸出量。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果:電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，開關(guān)管數(shù)量少，可用于電氣隔離的場合，所有開關(guān)管均能實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)，變換器具有高效率和高功率密度，適用于電動汽車供電系統(tǒng)和新能源分布式供電系統(tǒng)。


圖1為具體實(shí)施例1的電路圖。圖2為具體實(shí)施例2的電路圖。圖3為具體實(shí)施例1所示的Buck/Boost集成型三端口直流變換器在工作模式一下的波形圖。圖4為具體實(shí)施例1所示的Buck/Boost集成型三端口直流變換器在工作模式三下的波形圖。圖5為具體實(shí)施例2所示的Buck/Boost集成型三端口直流變換器在工作模式一下的波形圖。圖6至圖13為具體實(shí)施例1所示的Buck/Boost集成型三端口直流變換器在工作模式一下各開關(guān)模態(tài)的等效電路圖。圖中標(biāo)號說明:1為復(fù)合H橋單元，2為變壓器，3為半橋單元，Q1至Q6為第一至第六開關(guān)管，D1至D6為第一至第六寄生體二極管，C1至C6為第一至第六結(jié)電容，Lb為分立電感，Ls為串聯(lián)電感，Cb為隔直電容，Lbl為第一耦和電感，Lb2為第二耦合電感，N1和N2為變壓器繞組，Cdl和Cd2為第一、第二分壓電容。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
圖1、圖2給出了本發(fā)明所述Buck/Boost集成型三端口直流變換器的兩種實(shí)施電路。具體實(shí)施例1:如圖1所示的Buck/Boost集成型三端口直流變換器,復(fù)合H橋單元I的一組橋臂中點(diǎn)與一個分立電感Lb相連；因?yàn)閮H有一個分立電感Lb，流過復(fù)合H橋單元I兩組橋臂的電流不均衡，為了避免變壓器直流偏磁，復(fù)合H橋單元I串聯(lián)隔直電容Cb后與變壓器一側(cè)繞組連接。復(fù)合H橋單元I包括由第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4組成的兩組橋臂、由分立電感Lb構(gòu)成的端口電感支路、串聯(lián)電感Ls，隔直電容Cb，所述半橋單元3包括由第五開關(guān)管Q5、第六開關(guān)管Q6組成的一組橋臂、由第一分壓電容Cdl、第二分壓電容Cd2組成的分壓電容支路。第一開關(guān)管Q1漏極與第二開關(guān)管Q2漏極連接。第一開關(guān)管Q1源極、第三開關(guān)管Q3漏極、分立電感Lb —端分別與串聯(lián)電感Ls —端連接。隔直電容Cb —極與所述串聯(lián)電感Ls另一端連接，另一極與變壓器一側(cè)繞組N1同名端連接。變壓器一側(cè)繞組N1非同名端、第二開關(guān)管Q2源極分別與第四開關(guān)管Q4漏極連接。第三開關(guān)管Q3源極與第四開關(guān)管Q4源極連接。第一開關(guān)管Q1漏極與第三開關(guān)管Q3源極連接Buck/Boost集成型三端口直流變換器的第一端口，分立電感Lb另一端與第三開關(guān)管Q3源極連接Buck/Boost集成型三端口直流變換器的第二端口。第五開關(guān)管Q5漏極與第一分壓電容Cdl —極連接。第五開關(guān)管Q5源極、第六開關(guān)管Q6漏極分別與變壓器另一側(cè)繞組N2同名端連接。第一分壓電容Cdl另一極、第二分壓電容Cd2—級分別與變壓器另一側(cè)繞組N2非同名端連接。第二分壓電容Cd2另一極與第六開關(guān)管Q6源極連接。由第一分壓電容Cdl、第二分壓電容Cd2組成的分壓電容支路兩端連接Buck/Boost集成型三端口直流變換器的第三端口。具體實(shí)施例2:作為具體實(shí)施例1的進(jìn)一步改進(jìn)，如圖2所示的Buck/Boost集成型三端口直流變換器，采用順接的第一耦合電感Lbl、第二耦合電感Lb2構(gòu)成端口電感支路接入復(fù)合H橋單元I的一組橋臂。復(fù)合H橋單元I包括由第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4組成的兩組橋臂、由第一耦合電感Lbl、第二耦合電感U2構(gòu)成的端口電感支路、串聯(lián)電感Ls,隔直電容Cb，所述半橋單元3包括由第五開關(guān)管Q5、第六開關(guān)管Q6組成的一組橋臂、由第一分壓電容Cdl、第二分壓電容Cd2組成的分壓電容支路。第一開關(guān)管Q1漏極與第二開關(guān)管Q2漏極連接。第一開關(guān)管Q1源極、第三開關(guān)管Q3漏極、第一耦合電感Lbl同名端分別與串聯(lián)電感Ls—端連接。第一耦合電感Lbl非同名端與第二耦合電感Lb2同名端連接。隔直電容Cb —極與串聯(lián)電感Ls另一端連接，另一極與變壓器一側(cè)繞組N1同名端連接。變壓器一側(cè)繞組N1非同名端、第二開關(guān)管Q2源極、第四開關(guān)管Q4漏極分別與第二耦合電感Lb2非同名端連接。第三開關(guān)管Q3源極與第四開關(guān)管Q4源極連接。第一開關(guān)管Q1漏極與第三開關(guān)管Q3源極連接Buck/Boost集成型三端口直流變換器的第一端口，第二稱合電感Lb2同名端與第三開關(guān)管Q3源極連接Buck/Boost集成型三端口直流變換器的第二端口。第五開關(guān)管Q5漏極與第一分壓電容Cdl —極連接。第五開關(guān)管Q5源極、第六開關(guān)管Q6漏極分別與變壓器另一側(cè)繞組N2同名端連接。第一分壓電容Cdl另一極、第二分壓電容Cd2—級分別與變壓器另一側(cè)繞組N2非同名端連接。第二分壓電容Cd2另一極與第六開關(guān)管Q6源極連接。由第一分壓電容Cdl、第二分壓電容Cd2組成的分壓電容支路兩端連接Buck/Boost集成型三端口直流變換器的第三端口。具體實(shí)施例1和具體實(shí)施例2中，開關(guān)管漏極與源極之間接有寄生體二極管以及結(jié)電容，變壓器優(yōu)選隔離變壓器。對于具體實(shí)施例1和具體實(shí)施例2所述的Buck/Boost集成型三端口直流變換器，其控制方法為:第一開關(guān)管Q1、第三開關(guān)管Q3互補(bǔ)導(dǎo)通，第二開關(guān)管Q2、第四開關(guān)管Q4互補(bǔ)導(dǎo)通，第一開關(guān)管Q1驅(qū)動信號超前第二開關(guān)管Q2半個周期，第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2的占空比均為D ;變壓器兩側(cè)單元之間的移相角為Φ，即第五開關(guān)管Q5驅(qū)動信號上升沿與第一開關(guān)管Q1驅(qū)動信號上升沿之間的相位差為Φ。在不同工作模式下，D與Φ的控制對象也不同。(I)工作模式一:第一端口向第二、第三端口傳遞能量，占空比D用于調(diào)節(jié)第二端口輸出電壓ν2，Φ用于控制第三端口輸出電壓V3 ;
(2)工作模式二:第一端口、第二端口同時向第三端口傳遞能量，占空比D用于調(diào)節(jié)第二端口的輸入電流i2，從而控制第二端口的輸入功率，Φ用于控制第三端口的輸出電壓V3 ；
(3)工作模式三:第一端口退出工作，第三端口向第二端口回饋能量，Φ用于調(diào)節(jié)復(fù)合H橋單元的直流母線電壓，保證其低于該單元開關(guān)管額定電壓，占空比D用于控制第二端口的輸出電壓V2 ；
(4)工作模式四:第一端口退出工作，第二端口單獨(dú)向第三端口傳遞能量，占空比D用于調(diào)節(jié)復(fù)合H橋單元的直流母線電壓，保證其低于該單元開關(guān)管額定電壓，Φ用于控制第三端口的輸出電壓V3。工作模式一與工作模式二波形類似，區(qū)別僅為第二端口電流“方向不同；工 作模式四與工作模式二波形相同，因此本說明書僅給出工作模式一與工作模式三下
的波形示意圖。圖3為具 體實(shí)施例1所示的Buck/Boost集成型三端口直流變換器在工作模式一下的波形圖。圖4為具體實(shí)施例1所示的Buck/Boost集成型三端口直流變換器在工作模式三下的波形圖。對具體實(shí)施例1通過搭建一臺IkW的原理樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，其實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下:第一端口電壓V1:200疒260V ;第二端口電壓V2:100疒120V ;第三端口電壓V3:200V ;復(fù)合H橋單元MOSFET:IPW65R070C6 ;分立電感Lb=IOOmH ;變壓器變比K =K=N1/N2=16/8 ;串聯(lián)電感匕:Ls=94mH ;半橋單元MOSFET:SPW47N60C3 ;第一、第二分壓電容 Cdl、Cd2:Cdl=Cd2=68OmF ;開關(guān)頻率 fs:fs =50kHz。圖5為具體實(shí)施例2所示的Buck/Boost集成型三端口直流變換器在工作模式一下的波形圖。由圖5可知，耦合電感因?yàn)榉聪蝰詈系脑?，流過每個耦合電感的電流ibl、ib2波形在不同時段變化斜率不同。耦合系數(shù)越大，電感電流脈動越小，但開關(guān)管實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)的范圍越小，因此耦合系數(shù)應(yīng)折衷選擇。四種工作模式下的工作原理類似，因此本說明書只分析工作模式一下的工作原理。圖6至圖13為具體實(shí)施例1所示的Buck/Boost集成型三端口直流變換器在工作模式一下各開關(guān)1吳態(tài)的等效電路圖。下面結(jié)合圖6至圖13敘述本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的工作原理，對具體實(shí)施例1所示的Buck/Boost集成型三端口直流變換器在一個開關(guān)周期內(nèi)各開關(guān)模態(tài)的工作情況進(jìn)行具體分析。在分析之前，作如下假設(shè):①所有開關(guān)管和二極管均為理想器件；②所有電感、電容和隔離變壓器均為理想組件；③隔直電容足夠大，在穩(wěn)態(tài)時可近似認(rèn)為是恒壓源；④忽略開關(guān)管的開關(guān)過程。開關(guān)模態(tài)I [t。以前]，對應(yīng)于圖6:
t0時刻前，零電壓開通第一開關(guān)管Q1，復(fù)合H橋單元橋臂中點(diǎn)電壓Vab為第一端口電壓V1，半橋單元橋臂中點(diǎn)電壓為-0.5V3，串聯(lián)電感Ls兩端的電壓為Vi+0.5KV3，電流I1以流入同名端為正，此時I1反向線性下降。開關(guān)模態(tài)2 [t0-tj，對應(yīng)于圖7:
I1下降至零后正向上升，上升斜率為(VJ(XSKV3)ZLs，此后關(guān)斷第六開關(guān)管Q6。開關(guān)模態(tài)3 [trt2]，對應(yīng)于圖8:
t!時刻，第五開關(guān)管Q5零電壓開通，串聯(lián)電感Ls兩端的電壓為V1 - 0.5KV3，I1正向上升，上升斜率為(V1 - 0.5KV3) /Ls。開關(guān)模態(tài)4 [t2_t3]，對應(yīng)于圖9:
t2時刻，第一開關(guān)管Q1關(guān)斷，第三開關(guān)管Q3零電壓開通，I1正向下降，斜率為-0.5KV3/Ls，此后關(guān)斷第四開關(guān)管Q4。開關(guān)模態(tài)5 [t3_t4]，對應(yīng)于圖10:
t3時刻，第二開關(guān)管Q2零電壓開通，I1正向下降，斜率為-(VJ(XSKV3)/Ls。開關(guān)模態(tài)6 [t4-t5]，對應(yīng)于圖11:
t4時刻，I1正向下降至零后反向上升，斜率為-(VJ(XSKV3)/Ls，此后關(guān)斷第五開關(guān)管Q5。
開關(guān)模態(tài)7 [t5_t6]，對應(yīng)于圖12:
t5時刻，第六開關(guān)管Q6零電壓開通，I1反向上升，斜率為-(V1-(XSKV3)ZLst5開關(guān)模態(tài)8 [t6-t7]，對應(yīng)于圖13:
t6時刻，第二開關(guān)管Q2關(guān)斷，第四開關(guān)管Q4零電壓開通，I1反向下降，斜率為0.5KV3/
Ls°t7時刻以后，變換器工作情況與上述過程類似。綜上所述，本發(fā)明所述的Buck/Boost集成型三端口直流變換器及其控制方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)第一和第三端口采用集成Buck/Boost電路的復(fù)合H橋單元,僅包括一個分立電感，電路結(jié)構(gòu)簡單，隔直電容的引入有效解決了變壓器直流偏磁問題；
(2)將反向耦合的耦合電感接入復(fù)合H橋單元，可實(shí)現(xiàn)第二端口的大電流輸入輸出，減小了第二端口電流紋波；兩個耦合電感的引入使得復(fù)合H橋單元兩組橋臂工作狀況一致，易于開關(guān)管的設(shè)計(jì)；
(3 )第三端口采用半橋結(jié)構(gòu)單元，減少了開關(guān)管數(shù)量，簡化了電路結(jié)構(gòu)；
(4)開關(guān)管可以實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)，變換器具有高效率；
(5)任意兩個端口間可傳遞能量，適用于電動汽車供電系統(tǒng)和新能源分布式供電系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.Buck/Boost集成型三端口直流變換器，包括變壓器(2 )、復(fù)合H橋單元(I)、半橋單元(3)，其特征在于:所述復(fù)合H橋單元(I)包括由第一開關(guān)管(Q1X第二開關(guān)管(Q2)、第三開關(guān)管(Q3)、第四開關(guān)管(Q4)組成的兩組橋臂，由分立電感(Lb)構(gòu)成的端口電感支路，串聯(lián)電感(Ls)，隔直電容(Cb);所述半橋單元(3)包括由第五開關(guān)管(Q5)、第六開關(guān)管(Q6)組成的一組橋臂，由第一分壓電容(Cdl)、第二分壓電容(Cd2)組成的分壓電容支路；其中: 所述第一開關(guān)管(Q1)漏極與第二開關(guān)管(Q2)漏極連接；所述第一開關(guān)管(Q1)源極、第三開關(guān)管(Q3)漏極、分立電感(Lb) —端分別與串聯(lián)電感(Ls) —端連接；所述隔直電容(Cb)一極與所述串聯(lián)電感(Ls)另一端連接，另一極與變壓器一側(cè)繞組同名端連接；所述變壓器一側(cè)繞組非同名端、第二開關(guān)管(Q2)源極分別與第四開關(guān)管(Q4)漏極連接；所述第三開關(guān)管(Q3)源極與第四開關(guān)管(Q4)源極連接；第一開關(guān)管(Q1)漏極與第三開關(guān)管(Q3)源極連接所述Buck/Boost集成型三端口直流變換器的第一端口，分立電感(Lb)另一端與與第三開關(guān)管(Q3)源極連接所述Buck /Boost集成型三端口直流變換器的第二端口 ； 所述第五開關(guān)管(Q5)漏極與第一分壓電容(Cdl)—極連接；所述第五開關(guān)管(Q5)源極、第六開關(guān)管(Q6)漏極分別與變壓器另一側(cè)繞組同名端連接；所述第一分壓電容(Cdl)另一極、第二分壓電容(Cd2) —級分別與變壓器另一側(cè)繞組非同名端連接；所述第二分壓電容(Cd2)另一極與第六開關(guān)管(Q6)源極連接；由第一分壓電容(Cdl)、第二分壓電容(Cd2)組成的分壓電容支路兩端連接Buck/Boost集成型三端口直流變換器的第三端口。
2.Buck/Boost集成型三端口直流變換器，包括變壓器(2)、復(fù)合H橋單元(I )、半橋單元(3)，其特征在于:所述復(fù)合H橋單元(I)包括由第一開關(guān)管(Q1X第二開關(guān)管(Q2)、第三開關(guān)管(Q3)、第四開關(guān)管(Q4)組成的兩組橋臂，由第一耦合電感(Lbl)、第二耦合電感(Lb2)構(gòu)成的端口電感支路，串聯(lián)電感(Ls)，隔直電容(Cb);所述半橋單元(3)包括由第五開關(guān)管(Q5)、第六開關(guān)管(Q6)組成的一組橋臂，由第一分壓電容(Cdl)、第二分壓電容(Cd2)組成的分壓電容支路；其中: 所述第一開關(guān)管(Q1)漏極與第二開關(guān)管(Q2)漏極連接；所述第一開關(guān)管(Q1)源極、第三開關(guān)管(Q3)漏極、第一耦合電感(Lbl)同名端分別與串聯(lián)電感(Ls) —端連接；所述第一耦合電感(Lbl)非同名端與第二耦合電感(Lb2)同名端連接；所述隔直電容(Cb) —極與所述串聯(lián)電感(Ls)另一端連接，另一極與變壓器一側(cè)繞組同名端連接；所述變壓器一側(cè)繞組非同名端、第二開關(guān)管(Q2)源極、第四開關(guān)管(Q4)漏極分別與第二耦合電感(Lb2)非同名端連接；所述第三開關(guān)管(Q3)源極與第四開關(guān)管(Q4)源極連接；第一開關(guān)管(Q1)漏極與第三開關(guān)管(Q3)源極連接所述Buck/Boost集成型三端口直流變換器的第一端口，第二耦合電感(Lb2)同名端與第三開關(guān)管(Q3)源極連接所述Buck/Boost集成型三端口直流變換器的第二端口 ； 所述第五開關(guān)管(Q5)漏極與第一分壓電容(Cdl)—極連接；所述第五開關(guān)管(Q5)源極、第六開關(guān)管(Q6)漏極分別與變壓器另一側(cè)繞組同名端連接；所述第一分壓電容(Cdl)另一極、第二分壓電容(Cd2) —級分別與變壓器另一側(cè)繞組非同名端連接；所述第二分壓電容(Cd2)另一極與第六開關(guān)管(Q6)源極連接；由第一分壓電容(Cdl)、第二分壓電容(Cd2)組成的分壓電容支路兩端連接Buck-Boost集成型三端口直流變換器的第三端口。
3.如權(quán)利要求1或2所述的Buck/Boost集成型三端口直流變換器的控制方法，其特征在于:所述第一開關(guān)管(Q1X第三開關(guān)管(Q3)互補(bǔ)導(dǎo)通，第二開關(guān)管(Q2)、第四開關(guān)管(Q4)互補(bǔ)導(dǎo)通，第一開關(guān)管(Q1X第二開關(guān)管(Q2)的占空比均為D，第一開關(guān)管(Q1)驅(qū)動信號超前第二開關(guān)管(Q2)半個周期，第五開關(guān)管(Q5)驅(qū)動信號上升沿與第一開關(guān)管(Q1)驅(qū)動信號上升沿之間的相位差為Φ，通過調(diào)節(jié)第一開關(guān)管(Q1X第二開關(guān)管(Q2)的占空比D以及第五開關(guān)管(Q5)驅(qū)動信號上升沿與第一開關(guān)管(Q1)驅(qū)動信號上升沿之間的相位差為Φ來控制所述Buck/ Boost集成型三端口直流變換器三端口的輸入量或者輸出量。
全文摘要
本發(fā)明公開了Buck/Boost集成型三端口直流變換器及其控制方法，屬于電力電子變換器的技術(shù)領(lǐng)域。所述Buck/Boost集成型三端口直流變換器包括變壓器、復(fù)合H橋單元和半橋單元，復(fù)合H橋單元包括兩組橋臂、端口電感支路、串聯(lián)電感和隔直電容，半橋單元包括一組橋臂、由第一分壓電容、第二分壓電容組成的分壓電容支路?？刂品椒閺?fù)合H橋單元同一橋臂上的兩開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通，調(diào)節(jié)復(fù)合H橋單元與半橋單元之間的移相角以及復(fù)合H橋單元中開關(guān)管的占空比，從而調(diào)節(jié)三端口的輸入量或者輸出量。本發(fā)明電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，開關(guān)管數(shù)量少，可用于電氣隔離的場合，所有開關(guān)管均能實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)，變換器具有高效率和高功率密度，適用于電動汽車供電系統(tǒng)和新能源分布式供電系統(tǒng)。
文檔編號H02M3/315GK103151932SQ20131004446
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者劉福鑫, 毛韻雨, 蔣丹, 阮新波 申請人:南京航空航天大學(xué)