[发明专利]一种三端口DC-DC变换器拓扑电路

说明书

技术领域

本发明涉及非隔离型的三端口DC-DC变换器拓扑电路，可应用于航天电源系统、航空电源系统和航海电源系统中。

背景技术

航天电源系统、航空电源系统和航海电源系统通常都是采用太阳能电池阵作为主供电电源，蓄电池作为备用供电电源。当处于光照区时，由太阳能电池阵为母线上的负载供电；当处于阴影区时，由蓄电池为母线上的负载供电；当太阳能电池阵电量多余而蓄电池电量未满电量时，太阳能电池阵为蓄电池充电。

现有的三端口变换器可以实现在光照区时太阳能电池阵为蓄电池充电并为母线提供能量，阴影区时蓄电池可以为母线提供能量，如图1所示。但是，这种三端口变换器存在固有缺点：从太阳能电池阵到母线的功率变换需要经过两级，即先从太阳能电池变换到蓄电池，再从蓄电池变换到母线。因此，这种三端口变换器的效率大大降低，很难达到较高水平；且由于从蓄电池到母线采用的是SuperBuck降压拓扑，所以蓄电池电压必须高于母线电压，这会导致蓄电池电压过高，造成安全性问题。

发明内容

为解决现有三端口DC-DC变换器拓扑电路效率低的技术问题，本发明提供一种三端口DC-DC变换器拓扑电路，包括控制模块和与所述控制模块的输入端分别连接的太阳能阵输入端、母线端和蓄电池端；还包括接于所述太阳能阵输入端和所述母线端之间的Buck-Boost电路，以及接于所述母线端和所述蓄电池端之间的双向SuperBuck电路，所述Buck-Boost电路的控制端和所述双向SuperBuck电路的控制端分别接所述控制模块的输出端。

本发明的三端口拓扑结构将现有的三端口拓扑的母线端口和蓄电池端口对换，从太阳能电池阵到母线仅仅需要一级能量变换，效率可大大提高，降低整机热耗，可减少散热措施，降低成本。

进一步的，所述Buck-Boost电路包括第一电容、第一电感、第二电感、负责升压的第一N-MOSFET、负责降压的第二N-MOSFET、起隔离作用的第一二极管和用于提供放电回路的第二二极管；所述第一N-MOSFET和所述第二N-MOSFET各自的栅极分别与所述控制模块连接，各自的漏极分别于所述太阳能阵输入端连接；所述第一N-MOSFET的源级依次经所述第一二极管和所述第一电感与所述母线端连接；所述第二N-MOSFET的源极依次经所述第一电容和所述第一电感与所述母线端连接，其源极还依次经所述第二电感、所述第二二极管和所述第一电感与所述母线端连接；当控制模块判断所述太阳能阵输入端电压大于所述母线端电压时，该控制模块控制所述第一N-MOSFET断开、所述第二N-MOSFET工作在开关模式；当控制模块判断所述太阳能阵输入端电压小于所述母线端电压时，该控制模块控制所述第一N-MOSFET工作在开关模式、所述第二N-MOSFET导通。

采用上述技术方案，该拓扑结构具有结合升压和降压功能，双向能量流动，减少使用功率器件，提高效率的优点。

进一步的，所述双向SuperBuck电路包括第一电容、第一电感、第二电感、第三N-MOSFET、第四N-MOSFET、用于提供放电回路的第二二极管和起续流作用的第三电感；所述第三N-MOSFET的栅极与所述控制模块连接，其源极经所述第三电感与所述蓄电池端连接，其漏极经所述第一电感与所述母线端连接；所述第四N-MOSFET的栅极与所述控制模块连接，其漏极经所述第三电感与所述蓄电池端连接，其源级依次经所述第一电容和所述第一电感与所述母线端连接，其源级还依次经所述第二电感、所述第二二极管和所述第一电感与所述母线端连接；当需为蓄电池充电时，所述控制模块控制所述第三N-MOSFET导通、所述第四N-MOSFET断开；当需蓄电池放电时，所述控制模块控制所述第三N-MOSFET断开、所述第四N-MOSFET导通。

采用上述技术方案，可通过控制第三N-MOSFET和第四N-MOSFET互补导通，从而实现双向导电的功能，实现母线端到蓄电池端的能量双向流动。