一種電能變換裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電能變換裝置，包括供電模塊、與供電模塊連接的N路交錯并聯(lián)直流變換電路、與N路交錯并聯(lián)直流變換電路的控制端連接的MPPT核心控制模塊；N路交錯并聯(lián)直流變換電路包括電壓變換電路和輸入濾波電容，電壓變換電路為降壓單元、升壓單元或升/降壓單元。本實用新型提高了供電可靠性，保證了整個系統(tǒng)的最大功率輸出，提高了系統(tǒng)效率；使系統(tǒng)具有最優(yōu)輸出電流紋波特性，減小了濾波器容量，提高了系統(tǒng)輸出功率。
【專利說明】一種電能變換裝置
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型屬于新能源裝置領域，涉及一種電能變換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能與風能等新能源并網(wǎng)接入應用中，都存在最大功率點跟蹤問題，直流端的紋波電壓大小，會影響并網(wǎng)逆變器的諧波電流大小與逆變器的效率及濾波電容的大小，降低逆變直流側(cè)紋波大小，減小濾波電容的大小，對并網(wǎng)逆變有重要意義。
[0003]另一方面，新能源離網(wǎng)系統(tǒng)中有貯能電池，需要對電池進行充電，新能源充電裝置是指新能源供電模塊對蓄電池進行充電的裝置，當新能源供電模塊的輸入電壓很高而配備的蓄電池電壓等級較低時，現(xiàn)有的新能源發(fā)電控制器技術(shù)通常是采用經(jīng)典Buck電路實現(xiàn)電壓的變換和輸出功率的控制。但傳統(tǒng)的單路Buck電路存在一些缺點，如電感電流紋波較大、輸出濾波器的容量較大、系統(tǒng)輸出功率較低。
[0004]隨著電子系統(tǒng)集成規(guī)模的不斷加大，要求電源的輸出電流和輸出的功率也越來越大；電子系統(tǒng)工作頻率的不斷提高和工作電壓的不斷降低，要求電源的紋波越來越?。槐銛y式電子設備安裝空間有限且日益“輕薄”，要求電源設計中采用體積小、高度低的電感和電容?；谝陨弦螅袌錾弦岩妰陕方诲e并聯(lián)的電路結(jié)構(gòu)，其工作占空比與電流歸一化幅值K的關系如圖2所示(其中電流歸一化紋波幅值K定義為輸出電流紋波幅值與單路直流變換電路輸出紋波幅值的比值)，其電流紋波和裝置體積都有一定的改善，但兩路并聯(lián)依舊沒能徹底的改善紋波問題，紋波幅值依然較大，為單路變換電路紋波幅值的2/3倍左右。并且，現(xiàn)有的并聯(lián)交錯電路結(jié)構(gòu)的設計，并不是針對具體新能源供電模塊電壓與蓄電池電壓進行設計的，沒有給出指導性的設計方法及設計步驟。
[0005]針對以上不足，提出一種具有最優(yōu)輸出電流紋波特性的、輸出濾波器容量小、可大功率輸出的方案甚為必要。
實用新型內(nèi)容
[0006]技術(shù)問題:本實用新型提供了一種減小輸出電流紋波和輸出濾波器容量，提高輸出功率的電能變換裝置。
[0007]技術(shù)方案:本實用新型的電能變換裝置，包括供電模塊、與供電模塊連接的N路交錯并聯(lián)直流變換電路、與N路交錯并聯(lián)直流變換電路的控制端連接的MPPT核心控制模塊；N路交錯并聯(lián)直流變換電路包括并聯(lián)的電壓變換電路和輸入濾波電容，電壓變換電路為降壓單元、升壓單元或升/降壓單元。
[0008]本實用新型電能變換裝置的一種優(yōu)選方案中，電壓變換電路為降壓單元，降壓單元為N路Buck降壓電路并聯(lián)而成，N路BUCK降壓電路共用一個輸出濾波電容。
[0009]本實用新型電能變換裝置的一種優(yōu)選方案中，電壓變換電路為升壓單元，升壓單元為N路Boost升壓電路并聯(lián)而成，N路Boost升壓電路共用一個輸出濾波電容。
[0010]本實用新型電能變換裝置的一種優(yōu)選方案中，電壓變換電路為升/降壓單元，升/降壓單元為N路Buck-Boost升/降壓電路并聯(lián)而成，N路Buck-Boost升/降壓電路共用一個輸出濾波電容。
[0011 ] 本實用新型電能變換裝置中，MPPT核心控制模塊包括MCU控制單元、分別與MCU控制單元的輸入端連接的第一電壓檢測單元和第二電壓檢測單元、與MCU控制單元的輸出端連接的驅(qū)動隔離單元、與MCU控制單元的電源輸入端連接的輔助電源單元，驅(qū)動隔離單元的輸入端與MCU控制單元的控制信號輸出端相連，驅(qū)動隔離單元的輸出端和N路交錯并聯(lián)直流變換電路的輸入控制端相連，第一電壓檢測單元的輸入端與供電模塊的輸出端連接，第二電壓檢測單元的輸入端與負載連接。
[0012]有益效果:本實用新型和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
[0013](I)本實用新型的直流變換電路采用多路交錯并聯(lián)技術(shù)。而現(xiàn)在市場上多為兩路交錯并聯(lián)的電路結(jié)構(gòu)，其電流紋波和裝置體積都有一定的改善，但兩路并聯(lián)依舊沒能徹底的改善紋波問題，紋波幅值依然較大，為單路變換電路紋波幅值的2/3倍左右。采用多路交錯并聯(lián)技術(shù)，通過合理的選擇交錯并聯(lián)的總相數(shù)，各路采用相同固定工作頻率、驅(qū)動信號占空比大小相等、相位相差360° /N，各路產(chǎn)生的電流紋波便會相位相差360° /N，疊加抵消之后，總的紋波幅值減小，需要的濾波電感量減小，裝置體積減小，同時總的輸出電流增加，輸出功率增大。(2)現(xiàn)有的并聯(lián)交錯電路結(jié)構(gòu)的設計，并不是針對具體新能源供電模塊電壓與蓄電池電壓進行設計的，沒有給出指導性的設計方法及設計步驟。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的一種電能變換裝置的總體框圖。
[0015]圖2為兩路直流變換電路并聯(lián)時輸出電流歸一化紋波幅值K與占空比D的關系圖。
[0016]圖3為N=3、4、5、6時輸出電流歸一化紋波幅值K與占空比D的關系圖。
[0017]圖4為降壓式N路交錯并聯(lián)直流變換電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的技術(shù)方案作進一步的具體說明。
[0019]本實用新型的電能變換裝置，包括供電模塊1、與供電模塊I連接的N路交錯并聯(lián)直流變換電路2、與N路交錯并聯(lián)直流變換電路2的控制端連接的MPPT (最大功率點跟蹤)核心控制模塊3 ;N路交錯并聯(lián)直流變換電路2包括并聯(lián)的電壓變換電路21和輸入濾波電容Cl，電壓變換電路21為降壓單元、升壓單元或升/降壓單元。N路交錯并聯(lián)直流變換電路2采用固定工作頻率，每個電壓變換電路21的開關管的驅(qū)動信號占空比大小相等，相位相差360° /N，其中N為交錯并聯(lián)電路的總相數(shù)。
[0020]本實用新型采用的交錯并聯(lián)拓撲具有最優(yōu)輸出電流紋波、減小輸出濾波器的容量和擴大系統(tǒng)功率輸出的顯著優(yōu)點，具體說明如下:
[0021]交錯并聯(lián)拓撲輸出電流U的紋波頻率為N *fs，可以極大的降低輸出濾波器和磁性元件的要求。其中，N為交錯并聯(lián)Buck電路的總相數(shù)，fs為每相開關管的開關頻率。[0022]輸出電流的平均值Irat等于各個模塊輸出電流平均值Ii之和，即
【權(quán)利要求】
1.一種電能變換裝置，其特征在于，該裝置包括供電模塊(I)、與所述供電模塊(I)連接的N路交錯并聯(lián)直流變換電路(2 )、與所述N路交錯并聯(lián)直流變換電路(2 )的控制端連接的MPPT核心控制模塊(3)； 所述N路交錯并聯(lián)直流變換電路(2)包括并聯(lián)的電壓變換電路(21)和輸入濾波電容(Cl)，所述電壓變換電路(21)為降壓單元、升壓單元或升/降壓單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能變換裝置，其特征在于，所述電壓變換電路(21)為降壓單元，所述降壓單元為N路Buck降壓電路并聯(lián)而成，所述N路BUCK降壓電路共用一個輸出濾波電容(C2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能變換裝置，其特征在于，所述電壓變換電路(21)為升壓單元，所述升壓單元為N路Boost升壓電路并聯(lián)而成，所述N路Boost升壓電路共用一個輸出濾波電容(C2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能變換裝置，其特征在于，所述電壓變換電路(21)為升/降壓單元，所述升/降壓單元為N路Buck-Boost升/降壓電路并聯(lián)而成，所述N路Buck-Boost升/降壓電路共用一個輸出濾波電容(C2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的電能變換裝置，其特征在于，所述MPPT核心控制模塊(3)包括MCU控制單元(31 )、分別與所述MCU控制單元(31)的輸入端連接的第一電壓檢測單元(32)和第二電壓檢測單元(33)、與MCU控制單元(31)的輸出端連接的驅(qū)動隔離單元(34)、與MCU控制單元(31)的電源輸入端連接的輔助電源單元(35)，所述驅(qū)動隔離單元(34)的輸入端與MCU控制單元(31)的控制信號輸出端相連，所述驅(qū)動隔離單元(34)的輸出端和N路交錯并聯(lián)直流變換電路(2)的輸入控制端相連，所述第一電壓檢測單元(32)的輸入端與供電模塊(I)的輸出端連接，第二電壓檢測單元(33)的輸入端與負載連接。
【文檔編號】H02M1/14GK203660883SQ201320731582
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】王念春, 吳曉玉, 徐發(fā)喜, 王曉龍, 秦天平 申請人:東南大學