[发明专利]用于储能系统的宽增益共地非对称H桥双向直流变换器

说明书

本发明公开了一种用于储能系统的宽增益共地非对称H桥双向直流变换器，所述直流变换器的输入输出共地，采用非对称H桥结构，拓扑结构中的开关管全部采用低通态电阻的可控功率管；所述直流变换器通过电感交替储存能量、释放能量，实现降压、升压；所述直流变换器利用窄脉冲电压进行升降压，在实现大比例的升降压的同时功率开关均可运行在靠近0.5的非极端占空比。本发明通过易于集成的可控功率开关构成非对称H桥结构的双向直流变换器，减小了变换器体积并增大了功率密度，同时采用输入输出共地拓扑结构，宽增益运行时占空比靠近0.5，避免了极端占空比情况。

技术领域

本发明涉及储能系统双向直流变换器应用领域，尤其涉及一种用于储能系统的宽增益共地非对称H桥双向直流变换器，属于电力电子功率变换技术领域。

背景技术

随着全球能源危机的加剧和环境污染的恶化，近年来新能源开发及应用已成为各国的研究热点。作为新能源接入及电动汽车发展必不可少的支撑环节，储能系统及其相关技术的研究受到了越来越多的关注和重视。双向直流变换器作为储能系统中低压储能设备与高压汇流母线间的关键接口，其双向运行的优点使得其在储能系统双向能量流动应用场合得到广泛应用。它可以大幅度减轻系统的重量、减小系统的体积和成本，有着重要的研究价值。

储能系统中，由于蓄电池和超级电容等储能设备输出特性软、电压等级低等缺陷，并且在其快速充放电过程中端电压变化范围较大，难以直接与高压汇流母线匹配并联。因此，必须通过大比例升降压双向直流变换器接口低压储能设备与高压汇流母线。

传统的双向直流变换器输入输出不共地，宽增益时运行在极端占空比，加之变压环节中变压器与耦合电感的存在，使得变换器功率密度降低且不易封装，且存在的漏感和电磁干扰易导致功率器件过高的电压应力。这些都制约该类双向直流变换器在储能系统中的应用。因此，需要研究新的输入输出共地、高效、宽增益且避免极端占空比的双向直流变换器，使其适用于储能系统。

发明内容

本发明提供了一种用于储能系统的宽增益共地非对称H桥双向直流变换器，本发明通过易于集成的可控功率开关构成非对称H桥结构的双向直流变换器，减小了变换器体积并增大了功率密度，同时采用输入输出共地拓扑结构，宽增益运行时占空比靠近0.5，避免了极端占空比情况，详见下文描述：

一种用于储能系统的宽增益共地非对称H桥双向直流变换器，

所述直流变换器的输入输出共地，采用非对称H桥结构，拓扑结构中的开关管全部采用低通态电阻的可控功率管；

所述直流变换器通过电感交替储存能量、释放能量，实现降压、升压；

所述直流变换器利用窄脉冲电压进行升降压，在实现大比例的升降压的同时功率开关均可运行在靠近0.5的非极端占空比，避免了极端占空比情况。

所述大比例的升降压为：

式中，m_a、m_b、m_c、m_d均为调制度；U_h为高压侧端口电压；U_l为低压侧端口电压。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、本发明的共地非对称H桥双向直流变换器利用共地非对称H桥结构的窄脉冲电压U_bn进行升降压，在实现大比例的升降压的同时功率开关均可运行在靠近0.5的非极端占空比，避免了因增大增益而造成功率开关极端占空比运行的问题；

2、共地非对称准H桥双向直流变换器实现了输入输出共地，且拓扑中的开关管全部采用低通态电阻的可控功率管；

3、在提高双向变换器的运行可靠性的同时也提高了能量转换效率，非常适合作为储能系统中低压储能设备与高压汇流母线间的直流变换器。