供电并同时为电连接于充放电电路6的蓄电池7充电。为蓄电池7充电时，可采用MPPT (Maximum power point tracking，最大功率跟随)模式为蓄电池7进行充电。
[0038]三、关断第二 MOSFET管S2并开通第一 MOSFET管SI，并且在输入电路不接入输入源或输入源不产生电能(如光伏阵列在阴影区)时，即可实现蓄电池7通过充放电电路6单独为输出电路3供电。
[0039]四、关断第二 MOSFET管S2并开通第一 MOSFET管SI，即可实现输入源通过输入电路以及蓄电池7通过充放电电路6联合向输出电路3供电，以满足负载4大功率需求。
[0040]当然，在输入源为多个时，具体控制原理与上文一至四所描述的工作内容相似。
[0041]上述实施方式中，结合图3-图9参阅(其分别对应状态1-状态7)，该多端口变换器100的工作原理简要分析如下(仍以PVl工作为例)。
[0042]I) PVl 阵列向负载 4 供电即 SR ( (Shunt Regulator)模式和 PVl 阵列 Boost-BCR(Boost-Battery Charge)模式。
[0043]状态1:太阳电池阵列PVl通过第一 MOSFET管SI的体寄生二极管Dl对电感电流Il2进行续流放电，第三MOSFET管S3导通状态，其工作模式是Boost-BCR。如图10中所示，tQ时刻以前第二 MOSFET管S2开通，则PVl阵列对电感LI储能。在t。时刻第二 MOSFET管S2关断，因此从h时刻至t i时刻，电感电流通过体寄生二极管Dl进行续流充电。从t !时刻至t2时刻SI软开通。因此状态I工作于Boost-BCR模式。
[0044]状态2:第二 MOSFET管S2开通，则PVl对电感LI (即初级线圈LI)储能或者对地分流。在t2时刻，如图10所示，第一 MOSFET管SI关断，但是充电电流I。始终通过第一M0SFETSI的体寄生二极管Dl进行续流充电。在t3时刻，第二 MOSFET管S2打开于是PVl阵列开始对电感LI储能或者分流。
[0045]状态3:由于第三MOSFET管S3关断，所以PVl阵列处于向负载4供电(为负载4供电的电流为Ipv)或者分流状态。
[0046]其稳态波形如图12所示，此时MPC (即多端口变换器)处于类似于S3R电路或独立模式下的电路的分流模式情况下。
[0047]2)蓄电池 7 向负载 4 供电，即 Buck-BDR (Buck-Battery Discharge)模式。
[0048]状态4:电感电流通过第二 MOSFET管S2的体寄生二极管D2续流向负载4供电，其电感电流Ili线性下降。如图11所示，在h时刻第二 MOSFET管S2关断，则从t ^时刻至t工时刻，蓄电池7通过体寄生二极管D2向负载4供电。在&时刻，第一 MOSFET管SI开通。
[0049]状态5:当第一 MOSFET管SI开通时，电感电流、2通过第三MOSFET管S3的体寄生二极管D3续流对负载4进行放电与对电感储能，此时是Buck-BDR模式。如图11所示，从h时刻至12时刻，第一 MOSFET管SI处于开通状态，在此段时间内，电感电流I u线性增加。在丨2时刻第一 MOSFET管SI关断，此后电感电流I u线通过第二 MOSFET管S2的体寄生二极管D2续流。在丨3时刻，S2实现了软开通。
[0050]3)蓄电池7与太阳光伏阵列PVl联合向负载4供电模式。
[0051]状态6:当第一 MOSFET管SI导通时，电感电流L2通过第三MOSFET管S3的体寄生二极管D3续流对负载4进行放电与对电感储能，此时是Buck-BDR模式；与此同时太阳电池阵列PVl通过D4向负载4供电。联合供电模式下BDR工作模式如状态4 一样，只是多了一个PVl输入。
[0052]状态7:电感电流Iu通过第二 MOSFET管S2的体寄生二极管D2向负载4供电，此时PVl仍通过D4向负载4供电。其续流放电工作类似于状态4。
[0053]在一具体应用实施方式中，如图所示，各输入电路1、2包括输入端口和第一二极管D5、D6，输出电路3包括输出端口和第二二极管D7 ;同一输入电路中，第一二极管D5、D6的阳极分别电连接输入端口 P1、P2，第一二极管D5、D6的阴极分别电连接第一 MOSFET管
S1、S4的源极；第二二极管D7的阳极电连接第二 MOSFET管S2的漏极、阴极电连接输出端口 P3。其中，第一二极管D5、D6及第二二极管D7的设置能够保证能量的单向流动性，使得该多端口变换器的工作更加安全可靠。并且，第三MOSFET管S3的源极电连接有一端接地的第一电容C1，第二二极管D7的阴极电连接有一端接地的第二电容C2，第一电容C1的设置能够支持瞬时大电流放电，第二电容C2能够稳定负载电压。
[0054]本实用新型实施方式的多端口变换器100，可应用于燃料电池发电系统、独立光伏发电系统、混合储能系统、混合动力汽车、航天卫星供电系统等领域，采用单级功率电路，将分流调节电路5、蓄电池7充放电电路6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100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，充电模式可以是最大功率跟随模式，可知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。
[0055]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的多端口变换器100，各多端口变换器100并联设置。对于多端口变换器100的描述请参阅前文，此处不再一一赘述。其中，各多端口变换器100可以层叠或平铺设置并集成为一个模块以构建该平台。该拓展平台集成度高、元器件较少，进而具有体积小、使用简单方便等的优点。
[0056]以上仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种多端口变换器，其特征在于，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。
2.根据权利要求1所述的多端口变换器，其特征在于: 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。
3.根据权利要求2所述的多端口变换器，其特征在于: 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。
4.根据权利要求3所述的多端口变换器，其特征在于: 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。
5.根据权利要求4所述的多端口变换器，其特征在于: 所述初级线圈与所述次级线圈的匝数比为1:1。
6.根据权利要求4所述的多端口变换器，其特征在于: 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耦合。
7.根据权利要求6所述的多端口变换器，其特征在于: 各所述次级线圈的匝数相同。
8.根据权利要求6所述的多端口变换器，其特征在于: 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。
9.根据权利要求8所述的多端口变换器，其特征在于: 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。
10.一种功率可拓展平台，其特征在于，包括多个如权利要求1-9任一项所述的多端口变换器，各所述多端口变换器并联设置。
【专利摘要】本实用新型公开了一种多端口变换器及其功率可拓展平台。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，与输入电路电连接用于可拆卸电连接负载；分流调节电路，与输入电路电连接用于进行分流调节；充放电电路，其一端与输入电路电连接、另一端用于可拆卸电连接用于储能的蓄电池；输入源向输出电路供电，或输入源为输出电路供电同时为电连接于充放电电路的蓄电池充电，或蓄电池单独为输出电路供电，或输入源及蓄电池联合向输出电路供电。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。所述功率可拓展平台包括多个上述的多端口变换器。
【IPC分类】H02M3-335, H02J7-00
【公开号】CN204559399
【申请号】CN201520156987
【发明人】苗狄, 张学政, 张东来, 和军平, 常江
【申请人】深圳职业技术学院
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年3月19日