[发明专利]双向双输入BUCK直流变换器及其功率分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双半桥开关组串联LC滤波器的拓扑结构，尤其是一种双向双输入BUCK直流变换器及其功率分配方法。

背景技术

随着环境保护问题的日益突出，人们越来越重视可再生能源的开发利用。可再生能源具有廉价、可靠、清洁无污染、能源丰富等特点，因此可再生能源发电展现了良好的市场前景。目前，应用较多的可再生能源发电形式有光伏发电，燃料电池供电、风力发电、水利发电、地热发电等等，但均存在电力供应不稳定、不连续、随气候条件变化等特点，因此需要采用多种能源联合供电的分布式供电系统。

在传统的新能源联合供电系统中，每种能源形式通常需要一个DC/DC变换器，将各种能源变成直流输出，并联在公共的直流母线上，供给直流负载，但其结构较复杂，且成本较高。为了简化电路结构，降低系统成本，可以用一个多输入直流变换器（Multiple-Input Converter，MIC）代替多个单输入直流变换器。MIC允许多种能源输入，输入源的性质、幅值和特性可以相同，也可以差别很大，多输入源可以分别或同时向负载供电，因此提高了系统的稳定性和灵活性，实现能源的优化利用，并且降低系统成本。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种拓扑结构和控制方法均较简单，且能实现能量的自动分配利用的拓扑结构。

为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种双向双输入BUCK直流变换器，包括两个BUCK脉冲电压源和LC滤波器，每个脉冲电压源是由电源和半桥开关组组成，是在BUCK电路中用功率开关管代替续流二极管构成脉冲电压源，两个脉冲电压源相串联后，再经过LC滤波器给负载供电，电源正极接到半桥开关组的高端，电源负极接到半桥开关组的低端，并分别从半桥开关组中间和低端引出两个端子与其他电路连接，滤波器由电感L和电容C组成，连接方式为两个脉冲电压源串联，再经LC滤波器输出。

以光伏电池（A源）和蓄电池（B源）作为两个输入电压源，根据电路中能量的传递，双向双输入BUCK直流变换器存在五种工作模态，其一是A、B同时供电，其二是A单独供电，其三是B单独供电，其四是A供电，B储能，C耗能，其五是A供电，B储能，C反馈。

为了保证双向双输入BUCK直流变换器有效工作，本发明还提供了一种双向双输入BUCK直流变换器功率分配方法，该方法包括对两个输入源提供功率和负载回馈功率的控制，电源A以最大功率输入，电源B作为功率缓冲单元，当负载需求功率大于电源A提供的功率时，电源B放电，当负载需求功率小于电源提供的功率时，电源B充电，电源A为光伏电池，通过最大功率跟踪算法保持最大功率输入，电源B为蓄电池，通过一个带反向输出的调节器(例如PI调节器)进行能量自动分配：当负载需求功率大于电源A输入功率时，调节器输出为正值，转化为开关管M2的占空比，控制电源B的放电功率；当负载需求功率小于电源A输入功率时，负载电压升高，调节器输出为负值，转化为开关管M4的占空比，控制电源B的充电功率，维持负载电压稳定。

由于采用上述技术方案，本发明提供的双向双输入BUCK直流变具有这样的有益效果：

本发明具有：重量轻、体积小、成本低、损耗小、电路的效率高、输出电压波形中的纹波小、不需要隔离变压器等特点。采用两路能量输入，可充分利用新能源，并能双向传递能量，实现能量优化利用。易实现模块化，易扩展应用。

本发明与双输入BUCK电路相比，能实现能量回馈。由于在原来的双输入基础上增加了双向的功能，当负载需要的功率较多时，两个输入源同时给负载供电，与传统的双输入BUCK电路相同，当负载需要的功率较少时，新能源发出的电能大于负载需要的能量，通过适当的控制，实现能量反向流动，将多余的能量储存在蓄电池中，当新能源发出的电能不足时，蓄电池再放电，以维持输出电压的稳定，进而实现能量的优化分配。

附图说明

图1为本发明的双向双输入BUCK直流变换器电气原理图；

图2为本发明的控制系统结构框图；

图3为本发明的A、B同时供电的等效电路；

图4为本发明的A独立供电等效电路；

图5为本发明的B独立供电等效电路；

图6为本发明的A供电，B储能，C耗能等效电路；

图7为本发明的A供电，B储能，C反馈等效电路；

图8为本发明的仿真波形；

图9为本发明在太阳能汽车电机系统中的电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：