多输入直流变换器的研究现状与发展

绕组电压总是被某一路输入源电压箝位，因此在一个高频开关周期内的任一时刻均只能有一路输入源向负载供电。当输入源单独向负载供电时，图5(a)所示Buck 型多输入直流变换器相当于一个单输入的正激变换器;图5(b)所示Buck-Boost 型多输入直流变换器相当于一个单输入的反激变换器。

　　隔离分时供电型多输入直流变换器，具有电路结构简洁，各输入源通并联连接易于扩展为n 路输入，多路输入源之间、输出与多路输入源之间双向隔离，电磁兼容性和电压匹配能力强等优点，但该类变换器也存在与功率开关串联的阻断二极管增加了额外的导通损耗，任一时刻只能有一种输入源给负载供电，占空比调节范围小，高频逆变电路与变压器原边绕组利用率低等缺点。

　　5.隔离同时供电型多输入直流变换器

　　隔离同时供电型多输入直流变换器电路拓扑，如图6 所示。该类拓扑是一类较新颖的电路拓扑，图6(a)所示全桥Buck 型双输入直流变换器[7]具有电路结构简单，多路输入源向负载供电时可共用直流变换器的部分结构，多路输入源可同时或分时供电，输出与多路输入源之间具有电气隔离等优点。但也存在开关管电应力较高，扩展为n 路输入时控制复杂，输入源之间无电气隔离，输入电流纹波大等缺点。难以应用在各输入源性质差别较大的新能源联合供电场合。图6(b)所示全桥Boost 型多输入直流变换器[8]，通过一个多原边绕组的高频变压器将多个相互隔离的、带有储能电感的高频逆变电路和一个共用的输出整流滤波电路联接构成的。这类多输入直流变换器属于电流型变换器，通过磁通叠加的方法，变换器可实现多路输入源同时向负载供电，即在一个高频开关周期内的任一时刻既可以有一路输入源，也可以有多路输入源同时向负载供电。为了防止多路输入源向负载传递能量的过程互相影响，当高频逆变电路中采用具有反并联二极管的MOSFET、IGBT 等功率开关时，必须将其与反向阻断二极管相串联。全桥Boost 型多输入直流变换器的输入源只能通过全桥逆变电路的一个桥臂向该路储能电感充磁，否则，当变压器全桥逆变电路的两个桥臂均直通时，变压器绕组电压被箝位为零，多路输入源向负载传递能量的过程将互相影响。为了解决这个问题，该多输入直流变换器需采用移相控制技术。该变换器具有电路结构简洁，多路输入源可同时或分时供电，易于扩展为n 路输入，输出与多路输入源、多路输入源之间的双向隔离，电磁兼容性和电压匹配能力强，输入电流纹波小等优点。但是与功率开关管串联的阻断二极管，使得导通损耗增大。

　　6.设计实例

　　以全桥Boost 型双输入直流变换器电路拓扑为例，采用第一路输入最大功率和第二路补充负载所需不足功率的主从式电压、电流瞬时值反馈移相全桥控制策略。第一路输入源模拟光伏电池电压Ui1=40-48-60VDC，第二路输入源模拟风力发电机输出电压Ui2=40-48-60VDC，输出电压Uo=380VDC，额定输出功率Po=1kW，第一路最大输入功率P1=760W，开关频率fs=50kHz ， 高频变压器匝比为N11:N12:N2=9:9:32，输入储能电感L1=L2=80μH，输入滤波电容Ci1=Ci2=2700μF，输出滤波电容Cf=5.4μF，额定负载RL=144.4 ，箝位电容CC1=CC2=3.3μF。变换器两路同时供电额定工作时的原理试验波形如图7 所示。

　　原理试验结果表明：1)两路上桥臂开关 S11、S12、S21、S22 实现了 ZVS 关断，如图 7(a)所示;2)两路下桥臂开关 S13、S14、S23、S24 实现了 ZVS 开通，有源钳位电路有效抑制了功率开关关断电压尖峰，如图7(b)所示;3)Sc1、Sc2 实现了 ZVS 开通，如图 7(c)所示;4)变压器原边绕组电UN11、UN12 是幅值分别为±UoN11/N2、 ±UoN12/N2 的高频交流脉冲波，如图9(d)所示; 5)第一路输入源电压幅值为48V，电流幅值为16A，如图 9(e)所示;6)变换器输出电压 Uo 的幅值为 380 V，输出电流幅值为2.65A，如图 6(f)所示;7)额定工作时变换器的效率为89%。总之，全桥Boost型双输入直流变换器具有多路输入源可同时或分时供电，电磁兼容性和电压匹配能力强，开关损耗低，输入电流纹波小，输出电压稳定等优点，采用第一路输入最大功率第二路补充负载所需不足功率的主从式电压、电流瞬时值反馈移相全桥控制策略，能够实现可再生能源的优先利用、能够提高可再生能源联合供电的稳定性和灵活性。因此，全桥Boost 型多输入直流变换器拓扑非常适合应用在多种性质不同的可再生能源联合供电的分布式供电系统。

以上论述可知，目前国内外专家学者对多输入直流变换器的研究，主要有非隔离分时供电型、非隔离同时供电型、隔离分时供电型、隔离同时供电型多输入直流变换器，各类型多输入直流