專利名稱：非接觸多輸入電壓源型諧振變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于可再生能源供電系統(tǒng)的非接觸多輸入電壓源型諧振變 換器，屬于電能變換領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著全球化學(xué)能源的枯竭，可再生能源(包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽?等)越來(lái)越受到人們的重視。相對(duì)于化石能源，可再生能源具有資源潛力大、環(huán)境 污染低和可持續(xù)利用等優(yōu)點(diǎn)，成為有利于人與自然和諧發(fā)展的重要能源。但所有的 可再生能源發(fā)電形式均存在電力供應(yīng)不穩(wěn)定、不連續(xù)和隨氣候條件變化等缺點(diǎn)，因 此需要采用多種能源聯(lián)合供電。為了簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)、減小變換器級(jí)聯(lián)所帶來(lái)的能量 損失，相應(yīng)要求采用多輸入變換器，保證多種能量并聯(lián)高效傳輸。出于安全以及多 路輸出的需要，很多場(chǎng)合要求采用隔離型多輸入變換器。
現(xiàn)有的隔離型多輸入變換器，大多只能夠?qū)崿F(xiàn)不同的能量源分時(shí)供電，如 K.Kobayashi, H. Matsuo, and Y. Sekine, "Novel solar-cell power supply system using the multiple-input DC-DC converter," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 53, no.l, pp. 281-286, Feb.2006公開的一種基于反激變換器拓?fù)涞母綦x性多輸入變換器， 如果兩路輸入源同時(shí)供電，而兩電壓源電壓并不一定滿足匝比關(guān)系，電壓源間短路， 電路中會(huì)產(chǎn)生過(guò)流引起損壞；而分時(shí)供電的要求會(huì)大大增加系統(tǒng)控制的難度。為了 保證多輸入源可同時(shí)供電，目前采用電流源型電路拓?fù)洌窃擃愲娐分性吰骷?的電壓應(yīng)力很高，不利于電路的安全可靠工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有隔離性多輸入變換器不能實(shí)現(xiàn)分時(shí)/同時(shí)多 模式可靠工作的不足，結(jié)合可再生能源供電系統(tǒng)高安全、高可靠、便捷使用的需求， 提出一種適用于可再生能源供電系統(tǒng)的非接觸多輸入電壓源型諧振變換器，實(shí)現(xiàn)多輸入源分時(shí)/同時(shí)可靠穩(wěn)定供電，并保證使用的安全性和便利性。
本發(fā)明的非接觸多輸入電壓源型諧振變換器，其特征在于，它包括原邊電路、
多繞組非接觸變壓器和副邊電路；所述原邊電路由n個(gè)能量輸入支路組成，每一個(gè)能
量輸入支路由輸入源、電壓源型逆變橋及原邊諧振網(wǎng)絡(luò)順次串聯(lián)在對(duì)應(yīng)的多繞組非
接觸變壓器的一個(gè)原邊繞組上；所述多繞組非接觸變壓器的原邊w個(gè)繞組緊密耦合，
原副邊之間相對(duì)可活動(dòng)；所述副邊電路由副邊諧振網(wǎng)絡(luò)、整流及濾波電路依次串聯(lián)；
為實(shí)現(xiàn)至少兩路輸入源同時(shí)工作，必須依靠原邊諧振網(wǎng)絡(luò)中的串聯(lián)電感補(bǔ)償兩路輸
入源的壓降，因此至少(W-1)個(gè)能量輸入支路的原邊諧振網(wǎng)絡(luò)需含串聯(lián)電感，最多一
個(gè)能量輸入支路允許使用電容串聯(lián)補(bǔ)償；上述n為大于等于2的自然數(shù)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的主要技術(shù)特點(diǎn)是，輸入源經(jīng)電壓源型逆變橋變換得到
方波電壓，再經(jīng)原邊諧振網(wǎng)絡(luò)3構(gòu)成電壓源型諧振變換器，實(shí)際加到多繞組非接觸變
壓器原邊繞組的是電流信號(hào)，即該變換器具有內(nèi)在的電流源特性，且多繞組非接觸
變壓器的原邊/7個(gè)繞組緊密耦合，保證了多種能量并聯(lián)高效傳輸，實(shí)現(xiàn)了多輸入源分
時(shí)/同時(shí)多模式供電；采用電壓源型電路拓?fù)浯蟠鬁p小了開關(guān)器件的電壓應(yīng)力，有利
于電路的安全可靠工作；采用非接觸式供電方式，多繞組非接觸變壓器4的原副邊繞
組之間相對(duì)可活動(dòng)，保證靈活、安全、可靠的非接觸能量變換。適用于大多數(shù)可再
生能源聯(lián)合供電系統(tǒng)。
上述電壓源型逆變橋選用全橋變換器或半橋變換器電路拓?fù)?，在大功率?yīng)用場(chǎng)
合通常選用全橋變換器，而半橋變換器適合于小功率應(yīng)用場(chǎng)合。
如果上述"個(gè)能量輸入支路中，至少一個(gè)能量輸入支路的輸入源為獨(dú)立儲(chǔ)能單
元。所述儲(chǔ)能單元由蓄電池組或超級(jí)電容構(gòu)成。當(dāng)輸入源為獨(dú)立儲(chǔ)能單元時(shí)，各個(gè)
可再生能源都可以通過(guò)該能量輸入支路向儲(chǔ)能單元存儲(chǔ)能量。
如果上述"個(gè)能量輸入支路中，至少一個(gè)能量輸入支路的輸入源并聯(lián)有獨(dú)立儲(chǔ)
能電路。所述儲(chǔ)能電路由儲(chǔ)能單元及DC-DC雙向變換器串聯(lián)組成。當(dāng)輸入源并聯(lián)
有獨(dú)立儲(chǔ)能電路時(shí)，可實(shí)現(xiàn)該輸入源的單獨(dú)能量存儲(chǔ)。
上述多繞組非接觸變壓器的原邊《個(gè)繞組在實(shí)際應(yīng)用中采用獨(dú)立繞組形式或自
耦形式。當(dāng)采用自耦形式時(shí)，相鄰兩個(gè)能量輸入支路可以共用原邊諧振網(wǎng)絡(luò)中的串
聯(lián)電感。
上述多繞組非接觸變壓器的副邊在實(shí)際應(yīng)用中單繞組或多繞組輸出。上述整流及濾波電路在實(shí)際應(yīng)用中采用全橋整流或全波整流方式。


附圖1是本發(fā)明的非接觸多輸入電壓源型諧振變換器的結(jié)構(gòu)框圖； 附圖2是本發(fā)明的非接觸多輸入電壓源型諧振變換器的等效電路附圖3是本發(fā)明的非接觸多輸入電壓源型諧振變換器中含串聯(lián)電感的原邊諧振 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖，其中附圖3-l是LC串聯(lián)補(bǔ)償，附圖3-l是LC并聯(lián)補(bǔ)償。
附圖4 7是本發(fā)明的非接觸多輸入電壓源型諧振變換器的四種實(shí)施例電路結(jié) 構(gòu)示意圖。
上述附圖中的主要符號(hào)名稱l一輸入源；2—電壓源型逆變橋；3--原邊諧振 網(wǎng)絡(luò)；4一多繞組非接觸變壓器；5—副邊諧振網(wǎng)絡(luò)；6—整流及濾波電路；7—等效 電流源；多繞組非接觸變壓器的原邊繞組； 一多繞組非接觸變壓器的副
邊繞組；Z^—多繞組非接觸變壓器的原邊漏感；A。一多繞組非接觸變壓器的副邊漏 感；Z:切一多繞組非接觸變壓器的激磁電感；丄一原邊諧振網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)償電感；C一原邊 諧振網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)償電容；F。c一電網(wǎng)電壓；^一太陽(yáng)能電池電壓；^?！竷?chǔ)能單元電壓；
Knl、 ^2—電源電壓；"一二極管；Su &4、 S21 &4、 S3, &4一開關(guān)管；/^ ^3—
原邊諧振電感；Cp! Cp3—原邊諧振電容；C,一副邊諧振電容；An A 4—輸出整 流二極管；Cr一輸出濾波電容；負(fù)載；F。一輸出電壓；CU C12、 C21 C22、 C31
C32—半橋變換器分壓電容。
具體實(shí)施例方式
附圖l所示為非接觸多輸入電壓源型諧振變換器的結(jié)構(gòu)框圖，它包括原邊電路、 多繞組非接觸變壓器和副邊電路。
如附圖2所示，假設(shè)多繞組非接觸變壓器的n個(gè)原邊繞組及副邊繞組的匝數(shù)相
等，即"Pl="<" = ，由于n個(gè)原邊繞組緊密耦合，將變壓器的副邊折合到原邊 即可得到多繞組非接觸變壓器的T型等效電路，其中，丄^、 Zm、 Zm分別是多繞組 非接觸變壓器等效模型的原邊漏感、副邊漏感和激磁電感。且由電壓源型諧振變換
器內(nèi)在的電流源特性，將其等效為電流源7，多個(gè)電流源可并聯(lián)輸出，因此該變換
器保證了多種能量并聯(lián)高效傳輸，實(shí)現(xiàn)了多輸入源分時(shí)/同時(shí)多模式供電。為實(shí)現(xiàn)至少兩路輸入源同時(shí)工作，必須依靠原邊諧振網(wǎng)絡(luò)中的串聯(lián)電感補(bǔ)償兩
路輸入源的壓降，因此至少("-l)個(gè)能量輸入支路的原邊諧振網(wǎng)絡(luò)需含串聯(lián)電感，最
多一個(gè)能量輸入支路允許使用電容串聯(lián)補(bǔ)償。附圖3為含串聯(lián)電感的兩種補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，
其中，附圖3-l為L(zhǎng)C串聯(lián)補(bǔ)償，附圖3-2為L(zhǎng)C并聯(lián)補(bǔ)償。副邊諧振網(wǎng)絡(luò)可任意選取。 附圖4為非接觸多輸入電壓源型諧振變換器的一個(gè)實(shí)施例，其中原邊電路包含
三個(gè)能量輸入支路。電網(wǎng)電壓F。c經(jīng)AC/DC整流器變換得到輸入源F,w，太陽(yáng)能電
池電壓K^經(jīng)DC-DC單向變換器得到第二路輸入源F, 2，該DC-DC單向變換器用
于實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT),第三路輸入源為獨(dú)立儲(chǔ)能單元R。,，
該儲(chǔ)能單元由蓄電池組或超級(jí)電容構(gòu)成，S S14、 S21 &4、 5^ &4分別是三個(gè)全
橋變換器的主開關(guān)管，原邊諧振網(wǎng)絡(luò)選用LC串聯(lián)補(bǔ)償，其中i^ 丄p3是原邊諧振
電感，C^ Cp3是原邊諧振電容； , 3緊密耦合在非接觸變壓器的原邊，",是副 邊繞組；C,是副邊諧振電容，A ! A 4是輸出整流二極管，C/是輸出濾波電容， 為負(fù)載。其特征在于，各個(gè)可再生能源都可以通過(guò)該能量輸入支路向儲(chǔ)能單元存儲(chǔ) 能量；^v 3緊密耦合，保證三種能量并聯(lián)高效傳輸； ! ^3緊密耦合，任意兩 個(gè)能量源之間可實(shí)現(xiàn)能量高效傳輸，當(dāng)采用雙向AC/DC整流器，可將太陽(yáng)能和儲(chǔ) 能單元的能量反饋至網(wǎng)側(cè)。
附圖5為非接觸多輸入電壓源型諧振變換器的第二個(gè)實(shí)施例，包含附圖4所述 實(shí)施例中以電網(wǎng)和太陽(yáng)能為輸入源的兩個(gè)能量輸入支路。其特征在于，在以太陽(yáng)能 為輸入源的能量輸入支路上并聯(lián)有獨(dú)立儲(chǔ)能電路，該電路由儲(chǔ)能單元Fto及DC-DC 雙向變換器組成，實(shí)現(xiàn)該輸入源的單獨(dú)能量存儲(chǔ)。
附圖6為非接觸多輸入電壓源型諧振變換器的第三個(gè)實(shí)施例，與附圖4所述實(shí) 施例不同的是，非接觸多輸入電壓源型諧振變換器的多繞組非接觸變壓器4的原邊 w個(gè)繞組采用自耦形式，相鄰兩個(gè)能量輸入支路共用原邊諧振網(wǎng)絡(luò)中的串聯(lián)電感。 原邊諧振網(wǎng)絡(luò)采用LC串聯(lián)補(bǔ)償時(shí)，自耦形式的非接觸多輸入電壓源型諧振變換器 如附圖6-l所示；原邊諧振網(wǎng)絡(luò)采用LC并聯(lián)補(bǔ)償時(shí)，自耦形式的非接觸多輸入電 壓源型諧振變換器如附圖6-2所示。
附圖7為非接觸多輸入電壓源型諧振變換器的第四個(gè)實(shí)施例，與附圖4所述實(shí) 施例不同的是，電壓源型逆變橋2選用半橋變換器電路拓?fù)洹?br> 權(quán)利要求
1、一種非接觸多輸入電壓源型諧振變換器，其特征在于它包括原邊電路、多繞組非接觸變壓器(4)和副邊電路；所述原邊電路由n個(gè)能量輸入支路組成，每一個(gè)能量輸入支路由輸入源(1)、電壓源型逆變橋(2)及原邊諧振網(wǎng)絡(luò)(3)順次串聯(lián)在對(duì)應(yīng)的多繞組非接觸變壓器(4)的一個(gè)原邊繞組上；所述多繞組非接觸變壓器(4)的原邊n個(gè)繞組緊密耦合，原副邊之間相對(duì)可活動(dòng)；所述副邊電路由副邊諧振網(wǎng)絡(luò)(5)、整流及濾波電路(6)依次串聯(lián)；上述n個(gè)能量輸入支路中，至少有(n-1)個(gè)能量輸入支路的原邊諧振網(wǎng)絡(luò)(3)含串聯(lián)電感；上述n為大于等于2的自然數(shù)。
2、 如權(quán)利要求1所述的非接觸多輸入電壓源型諧振變換器，其特征在于所述電壓源型逆變橋(2)采用半橋變換器或全橋變換器電路拓?fù)洹?br> 3、如權(quán)利要求l所述的非接觸多輸入電壓源型諧振變換器，其特征在于所述M個(gè)能量輸入支路中至少有一條能量輸入支路的輸入源(l)為獨(dú)立儲(chǔ)能單元，該儲(chǔ)能 單元包括蓄電池組或超級(jí)電容。
4、 如權(quán)利要求1所述的非接觸多輸入電壓源型諧振變換器，其特征在于所 述"個(gè)能量輸入支路中至少一個(gè)能量輸入支路的輸入源(l)并聯(lián)有獨(dú)立儲(chǔ)能電路，該 電路包括儲(chǔ)能單元及DC-DC雙向變換器。
5、 如權(quán)利要求1所述的非接觸多輸入電壓源型諧振變換器，其特征在于所述多繞組非接觸變壓器(4)的原邊n個(gè)繞組采用獨(dú)立繞組形式或自耦形式。
6、 如權(quán)利要求5所述的非接觸多輸入電壓源型諧振變換器，其特征在于所述多繞組非接觸變壓器(4)的原邊《個(gè)繞組采用自耦形式時(shí)，相鄰兩個(gè)能量輸入支路共用原邊諧振網(wǎng)絡(luò)中的串聯(lián)電感。
7、 如權(quán)利要求1所述的非接觸多輸入電壓源型諧振變換器，其特征在于所述多繞組非接觸變壓器的副邊單繞組或多繞組輸出。
8、 如權(quán)利要求1所述的非接觸多輸入電壓源型諧振變換器，其特征在于所述整流及濾波電路(6)中的整流電路采用全橋整流或全波整流方式。
全文摘要
一種非接觸多輸入電壓源型諧振變換器，屬電能變換領(lǐng)域。它包括原邊電路、多繞組非接觸變壓器(4)和副邊電路；所述原邊電路由n個(gè)能量輸入支路組成，每個(gè)支路由輸入源(1)、電壓源型逆變橋(2)及原邊諧振網(wǎng)絡(luò)(3)順次串聯(lián)在對(duì)應(yīng)的多繞組非接觸變壓器(4)的一個(gè)原邊繞組上；所述多繞組非接觸變壓器(4)的原邊n個(gè)繞組緊密耦合，原副邊之間相對(duì)可活動(dòng)；所述副邊電路由副邊諧振網(wǎng)絡(luò)(5)、整流及濾波電路(6)依次串聯(lián)；上述n個(gè)能量輸入支路中，至少有(n-1)個(gè)支路的原邊諧振網(wǎng)絡(luò)(3)含串聯(lián)電感。電壓源型諧振變換器內(nèi)在的電流源特性及緊密耦合的原邊多繞組，實(shí)現(xiàn)多輸入源分時(shí)/同時(shí)多模式供電；非接觸供電保證安全性和便利性。
文檔編號(hào)H02M7/48GK101662230SQ20091018348
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月22日
發(fā)明者巍 張, 曹玲玲, 陳乾宏 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)