阅读说明：本技术 一种高集成三端口功率变换器 (High-integration three-port power converter ) 是由 鲁伟 王保平 赵春阳 陈洪涛 张泰峰 赵秋山 代磊 韩娜 于 2021-06-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高集成三端口功率变换器,属于功率变换器技术领域,包括：共用一个磁芯的三个耦合电感,第一耦合电感的左侧端子与太阳电池阵正极连接,第一耦合电感的右侧端子通过第一功率管与太阳电池阵负极连接；第一耦合电感的右侧端子依次通过第二功率管、母线端负载与太阳电池阵负极连接；第二耦合电感的左侧端子与蓄电池组正极连接,第二耦合电感的右侧端子通过第三功率管与蓄电池组负极连接,第二耦合电感的右侧端子依次通过第四功率管、第二滤波稳压电容与蓄电池组负极连接；第三耦合电感的左侧端子通过与第二滤波稳压电容与蓄电池组负极连接；第三耦合电感的右侧端子依次通过第二功率管、第一耦合电感与太阳电池阵正极连接。(The invention discloses a high-integration three-port power converter, belonging to the technical field of power converters, and comprising: the left terminal of the first coupling inductor is connected with the anode of the solar cell array, and the right terminal of the first coupling inductor is connected with the cathode of the solar cell array through a first power tube; the right terminal of the first coupling inductor is connected with the negative electrode of the solar cell array through the second power tube and the bus end load in sequence; the left terminal of the second coupling inductor is connected with the positive electrode of the storage battery pack, the right terminal of the second coupling inductor is connected with the negative electrode of the storage battery pack through a third power tube, and the right terminal of the second coupling inductor is connected with the negative electrode of the storage battery pack through a fourth power tube and a second filtering voltage-stabilizing capacitor in sequence; the left terminal of the third coupling inductor is connected with the negative electrode of the storage battery pack through the second filtering voltage-stabilizing capacitor; and the right terminal of the third coupling inductor is connected with the anode of the solar cell array sequentially through the second power tube and the first coupling inductor.)

一种高集成三端口功率变换器

技术领域

本发明属于功率变换器

技术领域

，具体涉及一种高集成三端口功率变换器。

背景技术

三端口功率变换器在航空航天、新能源发电等领域应用广泛。一个三端口变换器即可实现发电单元、储能电池和供电母线三个端口之间的功率变换和能量传递。通过变换器并联数量的增减，极易实现功率的灵活扩展。并且，功率器件、磁性器件的复用显著提高了变换器的功率密度。

在传统的三端口功率变换器设计中，为保证获得较低的纹波，通常在输入、输出端加入单级或多级无源滤波环节实现输入电流相互抵消。变换器电路结构如图1所示。Cin为太阳电池阵输入端稳压电容，M1、M2为太阳电池阵功率调节功率管，M3为母线端调节功率管，D1为隔离二极管，D2、D3为续流二极管，C1为滤波稳压电容，Cbat与Cbus为蓄电池组和母线端稳压电容，L1、L2与L3为滤波电感，R1为母线端负载。

传统的三端口功率变换器由太阳电池阵至母线端的负载供电包括两级功率变换：太阳电池阵输出功率变换至蓄电池组，再由蓄电池组变换至母线端。两级功率变换导致功率变换器的热耗增大、效率降低；三端口功率变换器虽然复用部分功率器件和磁性器件，但磁性器件仍采用独立的磁芯，体积重量较大；此外，三端口功率变换器的电路结构决定了太阳电池阵电压必须高于蓄电池组电压，并且蓄电池组电压高于母线电压，受限于功率器件的耐压等级，变换器仅适用于中低压母线的场合，应用范围有限。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出一种高集成三端口功率变换器，用于解决传统三端口功率变换器转换效率低、功率密度小、应用范围窄的问题，满足高集成功率变换的应用需求。

本发明的目的是提供一种高集成三端口功率变换器，包括：

第一耦合电感；所述第一耦合电感的左侧端子与太阳电池阵正极连接，所述第一耦合电感的右侧端子通过第一功率管与太阳电池阵负极连接；所述第一耦合电感的右侧端子依次通过第二功率管、母线端负载与太阳电池阵负极连接；

第二耦合电感；所述第二耦合电感的左侧端子与蓄电池组正极连接，所述第二耦合电感的右侧端子通过第三功率管与蓄电池组负极连接，所述第二耦合电感的右侧端子依次通过第四功率管、第二滤波稳压电容与蓄电池组负极连接；

第三耦合电感；所述第三耦合电感的左侧端子通过与第二滤波稳压电容与蓄电池组负极连接；所述第三耦合电感的右侧端子依次通过第二功率管、第一耦合电感与太阳电池阵正极连接；第二耦合电感通过第一滤波稳压电容与蓄电池组负极连接；其中：

所述第一耦合电感、第二耦合电感和第三耦合电感共用一个磁芯。

本申请的有益效果是：

本发明的技术方案，适用于高性能的功率变换场合。与现有技术相比，本发明具有功率转换效率高、功率密度大、适用范围广的优点，尤其适用于对三端口功率变换器性能要求高的场合。

1.本发明实现了三端口变换器功率转换效率高的性能，对简化散热措施、降低散热成本、提高电能利用率具有重要意义；

2.本发明通过将三个电感绕制在一个磁芯上，可以实现变换器的减重，提高功率密度；3.本发明变换器电路简洁，元器件数量少，适用范围广，易于进行硬件电路实现。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是传统的三端口功率变换器电路结构图。

图2是本发明优选实施例中的高集成三端口功率变换器电路结构图；

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明列举的电路图中电阻、二极管、功率管等元器件，也可以是等效电阻、二极管、功率管组合网络，但以本发明电路图最为简洁。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参阅图2，一种高集成三端口功率变换器，包括：

共用一个磁芯的第一耦合电感L₁、第二耦合电感L₂和第三耦合电感L₃，其中：

第一耦合电感L₁的左侧端子与太阳电池阵正极连接，第一耦合电感L₁的右侧端子通过第一功率管M₁与太阳电池阵负极连接；第一耦合电感L₁的右侧端子依次通过第二功率管M₂、母线端负载R₁与太阳电池阵负极连接；第二耦合电感L₂的左侧端子与蓄电池组正极连接，第二耦合电感L₂的右侧端子通过第三功率管M₃与蓄电池组负极连接，第二耦合电感L₂的右侧端子依次通过第四功率管M₄、第二滤波稳压电容C₂与蓄电池组负极连接；第三耦合电感L₃的左侧端子通过与第二滤波稳压电容C₂与蓄电池组负极连接；第三耦合电感L₃的右侧端子依次通过第二功率管M₂、第一耦合电感L₁与太阳电池阵正极连接；第二耦合电感L₂通过第一滤波稳压电容C₁与蓄电池组负极连接。

上述三个耦合电感(绕组)共用一个磁芯；第一功率管M₁和第二功率管M₂为太阳电池阵功率调节功率管，第三功率管M₃和第四功率管M₄为蓄电池组充放电调节功率管；第一滤波稳压电容C₁、第二滤波稳压电容C₂为滤波稳压电容；R1为母线端负载。

上述优选实施例的工作原理为：

作为一种改进方案，所述高集成三端口功率变换器由太阳电池阵至母线端的负载供电为一级功率变换，蓄电池组至母线端的负载供电也为一级功率变换，电路拓扑简单、热耗较低、效率较高；三端口变换器将电路中的三个电感进行磁芯共用，三个绕组绕制在一个磁芯上，有效提升了电路的功率密度；此外，三端口功率变换器的电路结构决定了太阳电池阵电压和蓄电池组电压均低于母线电压，变换器适用于高、中、低压母线全范围应用场合，显著拓宽了变换器的应用范围。

本发明的技术方案能够提高功率转换效率、提升电路的功率密度、扩宽变换器的适用范围。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。