多端口变换器及其功率可拓展平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力电子变换器技术领域，尤其涉及一种多端口变换器及其功率可拓展平台。
【背景技术】
[0002]近些年，全球节能减排的迫切需求与碳经济体系的经济要求，太阳能、风能及其它可再生无污染资源的发电技术，及其相关的能量转换拓扑和能量控制策略，成为社会研宄的热点工程及科学问题。
[0003]广东省针对新能源开发与应用的企业众多，且产业链分部广泛合理。从新能源应用的器件筛选与供应、新能源材料的工程化生产、新能源功率变换器及其能量控制方法研发设计等等都有相关的高校、研宄院所及公司进行研发与产业化生产。
[0004]多端口变换器((Mult1-port converter，MPC)是典型的包含储能环节的新能源独立发电系统。目前深圳市新能源工业界多端口变换器，采用的是易于工程化生产而设计的单向和多向DC/DC有效组合，以实现系统能量管理与控制的多端口能源解决方案。但该解决方案中存在如下问题:功率变换器数量多，体积与重量较大，且存在多级功率变换，系统效率较低等。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型为解决上述技术问题提供一种多端口变换器及其功率可拓展平台，能实现两路或多路输入一路输出的单级功率拓扑，可以把多个分布式能源结合起来，减小了体积，提高了功率密度和效率，并具有更好的单点失效性能，维护时更简单。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种多端口变换器，包括:至少一路输入电路，用于可拆卸电连接分布式能源的输入源；输出电路，与所述输入电路电连接用于可拆卸电连接负载；分流调节电路，与所述输入电路电连接用于进行分流调节；充放电电路，其一端与所述输入电路电连接、另一端用于可拆卸电连接用于储能的蓄电池；在指令控制下，所述输入源通过所述输入电路向所述输出电路供电，或者所述输入源通过所述输入电路为所述输出电路供电并同时为电连接于所述充放电电路的蓄电池充电，或者所述蓄电池通过所述充放电电路单独为所述输出电路供电，或者所述输入源通过所述输入电路以及所述蓄电池通过所述充放电电路联合向所述输出电路供电。
[0007]进一步地，所述充放电电路包括至少一个第一 MOSFET管、一个第三MOSFET管及一个蓄电池连接端；所述第一 MOSFET管的源极与所述输入电路相应电连接，所述第一 MOSFET管的漏极与所述第三MOSFET管的漏极电连接，所述第三MOSFET管的源极与所述蓄电池连接端电连接。
[0008]进一步地，所述输入电路与所述分流调节电路之间设置有第二 MOSFET管，所述第二 MOSFET管的源极电连接所述分流调节电路，所述第二 MOSFET管的漏极电连接所述输入电路。
[0009]进一步地，所述多端口变换器包括一变压器，所述变压器包括初级线圈、次级线圈及磁芯；所述初级线圈用作所述分流调节电路，所述初级线圈一端电连接所述第二 MOSFET管的源极、另一端接地；所述次级线圈用作所述充放电电路的一部分，所述次级线圈两端分别电连接于所述第一 MOSFET管和所述第三MOSFET管的漏极之间；其中，所述分流调节电路与所述充放电电路通过所述变压器耦合以便于储能和续流。
[0010]进一步地，所述初级线圈与所述次级线圈的匝数比为1:1。
[0011]进一步地，所述多端口变换器包括两路及两路以上的所述输入电路，各所述输入电路均电连接至同一所述输出电路、所述分流调节电路及所述充放电电路，其中，各所述输入电路与所述充放电电路之间均设置有一所述次级线圈，各所述次级线圈均与所述初级线圈親合。
[0012]进一步地，各所述次级线圈的匝数相同。
[0013]进一步地，各所述输入电路包括输入端口和第一二极管，所述输出电路包括输出端口和第二二极管；同一所述输入电路中，所述第一二极管的阳极电连接所述输入端口，所述第一二极管的阴极电连接所述第一 MOSFET管的源极；所述第二二极管的阳极电连接所述第二 MOSFET管的漏极、阴极电连接所述输出端口。
[0014]进一步地，所述第三MOSFET管的源极电连接有一端接地的第一电容，所述第二二极管的阴极电连接有一端接地的第二电容。
[0015]为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种功率可拓展平台，包括多个如上述任一项实施方式所述的多端口变换器，各所述多端口变换器并联设置。
[0016]本实用新型的多端口变换器及其功率可拓展平台:通过采用单级功率电路，将分流调节电路、蓄电池充放电电路有效的结合在一起，去掉了多余的元器件，解决了现有变换器体积大，功率密度小等问题，提高了变换器的转换效率，而且易于拓展。并且，该多端口变换器充电能量来源可以上文举例的是PVl或PV2阵列等，因此整机的充电效率高于现有技术中的S3R功率调节结构的PCU，其模块相互一致的并联结构具有更好的单点失效性能，在设备维护时更为简单。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型多端口变换器实施方式的功能模块示意图。
[0018]图2是本实用新型多端口变换器一实施方式的电路结构示意图。
[0019]图3-图9是图2所示多端口变换器等效电路的工作状态1-状态7的结构示意。
[0020]图10是图2所示多端口变换器在Boost-BCR模式时域波形(以PVl工作为例)。
[0021]图11是图2所示多端口变换器在Buck-BDR模式时域波形(以PVl工作为例)。
[0022]图12是图2所示多端口变换器在SR模式时域波形(以PVl工作为例)。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施方式对本实用新型进行详细说明。
[0024]参阅图1，本实用新型实施方式的多端口变换器，包括以下结构:
[0025]输入电路1，用于可拆卸电连接分布式能源的输入源PV1。具体而言，该分布式能源可以是光伏阵列、风机、水轮机等，后文以光伏阵列连接至其中之一的输入电路I为例进行详细说明。
[0026]输出电路3，与输入电路I电连接用于可拆卸电连接负载4。
[0027]分流调节电路5，与输入电路I电连接用于进行分流调节。
[0028]充放电电路6，其一端与输入电路I电连接、另一端(即P4)用于与蓄电池7可拆卸电连接，该蓄电池7可进行充电储能或放电以保证负载4正常工作。
[0029]其中，在指令控制下，可实现以下四种工作模式:输入源PVl通过输入电路I向输出电路3供电，或者输入源PVl通过输入电路I为输出电路3供电并同时为电连接于充放电电路6的蓄电池7充电，或者蓄电池7通过充放电电路6单独为输出电路3供电，或者输入源PVl通过输入电路I以及蓄电池7通过充放电电路6联合向输出电路3供电。
[0030]参阅图2，该充放电电路6包括至少一个第一 MOSFET管S1、一个第三MOSFET管S3及一个蓄电池连接端P4。其中，第一 MOSFET管SI的源极与输入电路I相应电连接，第一MOSFET管SI的漏极与第三MOSFET管S3的漏极电连接，而第三MOSFET管S3的源极与蓄电池连接端P4电连接。进一步地，输入电路I与分流调节电路5之间设置有第二 MOSFET管S2，第二 MOSFET管S2的源极电连接分流调节电路5，第二 MOSFET管S2的漏极电连接输入电路I。具体而言，各MOSFET管S1、S2、S3均对应包括一个本身自带的体寄生二极管D1、D2、D3，等效地，各个体寄生二极管的阳极电连接于MOSFET管的源极，各个体寄生二极管的阴极电连接于MOSFET管的漏极。通过第一、第二及第三MOSFET管S1、S2、S3的设置，在动态切换至相应工作模式时可以实现零电流(ZCS)开通。
[0031]在一优选实施方式中，多端口变换器100包括一变压器T，变压器T包括初级线圈L1、次级线圈L2及磁芯(未标示);初级线圈LI用作分流调节电路5，初级线圈LI 一端电连接第二 MOSFET管S2的源极、另一端接地；次级线圈L2用作充放电电路6的一部分，次级线圈L2两端分别电连接于第一 MOSFET管SI和第三MOSFET管S3的漏极之间。其中，分流调节电路5与充放电电路6通过变压器T耦合以便于储能和续流，能够提高单个模块效率和增加稳定性，易于拓展。优选地，初级线圈LI与次级线圈L2的匝数比为1: 1，能够简化后续对电流的控制。
[0032]其中，图2中所示的1^和1^是变压器T 一次侧(即初级线圈LI)的等效励磁电感和电阻；Rb是蓄电池的等效电阻。为确保该多端口变换器100在后续使用中能够工作于Boost-BCR工作模式下，其中，第一电阻RL的阻值远大于第二电阻Rb的阻值。具体工作中，当第二 MOSFET管S2开通时PVl (或/和PV2等)、Lm、Rta就形成一个回路，能够进行分流，使能量消耗在Rta上。当然，通常情况下不需要对电流进行分流，而是将富余电能通过充放电电路6存储至蓄电池7中，由此，可设置一电压检测电路(图未示)以通过测量蓄电池7电压的情况进而测量其电量存储情况，当检测到蓄电池7存储电量已满时，才通过内部或外部控制器开启该分流调节电路对电流进行分流。
[0033]在优选实施方式中，继续参阅图1和图2，多端口变换器100包括两路及两路以上的输入电路(1-N)，各输入电路(1-N)均电连接至同一输出电路3、分流调节电路5及充放电电路6。其中，各输入电路(1-N)与充放电电路6之间均分别设置有一个次级线圈(如图2所示的L2、L3)，各次级线圈L2、L3均与初级线圈LI耦合。优选地，各次级线圈的匝数相同，如次级线圈L2与次级线圈L3的匝数比为1: 1，使得在输入源为多个时，能够简化对各输入源输入电流的控制。该实施方式的多端口变换器100具有两路及两路以上的输入，经采用一个拓扑结构就能够解决多个输入源的问题，适用于多个分布式能源的发电接入，该单级功率拓扑效率更高、功率密度更高，有助于减少硬件成本。
[0034]全文中，可以如图2所示，输入电路的数量N可以取值为2，对应地，可以分别取两组光伏阵列作为输入源PV1、输入源PV2对应电连接至输入电路1、输入电路2。
[0035]上述实施方式中，可以通过如下举例的控制方式实现前文提及的四种工作模式，为方便说明，仅取输入电路I接入输入源PVI为例进行说明。
[0036]一、同时关断第三MOSFET管S3和第二 MOSFET管S2，即可实现输入源PVl通过输入电路I向输出电路3供电，即向电连接于输出电路3的负载4供电。
[0037]二、关断第二 MOSFET管S2并开通第三MOSFET管S3，即可实现输入源PVl通过输入电路I为输出电路3