1、PDF外文：http:/ 4 中文译文 多输入 DC-DC 变换器的特征 摘要 -在零排放电力发电系统中，能得到多个输入源包括太阳能发电阵列、风力发电机、燃料电池等等的自动调整输出式多输入 DC-DC 变换器很有用。一种新的 DC-DC 变换器被提出和分析。最终静态和动态特征在理论上被探索出来，结果也被试验所验证。 关键词：稳态界限，洁净能源， DC-DC 变换器，多输入，太阳能发电阵列 1 引言 最近零排放发电系统被迅速的开发出来来开发洁净能源，例如太阳能发电阵列、风力发电机、燃料电池等等。此时，如图 1 所示的多输入 DC-DC变
2、换器 12在联合多个不同电压和功率的输入源并且对负载进行自动调整输出电压时很有用。例如，在有一个工业交流电线的太阳能发电阵列供电系统中，通过从工业交流电线馈回足够的能量，发电阵列的最大功率点能够容易地被跟踪，同时输出电压能够容易地被控制，即使负载发生变化。 本文的目的在于提出一个新的多输入 DC-DC 变换器来实现零排放电力发电系统。尤其是在理论上清晰地分析了双输入的 Buck-boost 型变换器的静态和动态特换证，并且被实验论证。 2 电路构成和工作原理 图 2(a)和 (b)所示为多输入 DC-DC 变换器的电路构成。图 2(a)基本由Buck-boo
3、st 型 DC-DC 变换器构成，其中多个输入的线圈被储能电感 L 磁耦合在一起。通过磁耦合隔离变压器 T，得到正激型的多输入 DC-DC 变换器，如图 2(b)所示。 在本文中，因为多输入变换器被一般意义上的讨论所验证是非常复杂的，并且 Buck-boost 型多输入变换器的结构比较简单，所以 Buck-boost 型双输入变换器使用如图 3(a)中的耦合电抗 L。在图中，两路输入 E1 和 E2 是两个电源的输入电压， N1 和 N2 是电抗器两个输入线圈的匝数比，电抗器输出线圈的匝数是正常切趋于统一的。 S1 和 S2 是开端， D、 D1 和 D2 是二极管， C是输出滤波
4、电容， R 是负载， eo 是输出电压。 如果太阳能发电整列和商业交流线被用于输入源，那么电路结构就如图3(b)所示。太阳能电池 Es 被用作追踪，当光强发生改变时，电流传感器 Rs被用作追踪太阳能发电阵列 3的最大功率点，同时输入电流值来获得太阳能发电阵列的最大输出功率。在本例中，商业交流线被用来控制输出电压。 假如开关和二极管有理想中的特征，那么电流如图 3(a)中所示，可以根据开关 S1、 S2 和二极管 D 的开关组合分成 4 种状态，如表 (I)。变换器就是通过组合这 4 中状态来决定运作情况，因而 被分成三种主要模式，如表 (II)所示。每个主要的模态包含一
5、个两种状态的序列，通过电感电流连续和断续来区分 (参见附录 I)。图 (4)所示为波形和驱动信号， Ts 是开关周期， Ton1 和Ton2 是 S1 和 S2 各自的开通时间。图 4(b)所示 Toff=Ts-Ton1-Ton2。 模态 I 出现在相对较轻的负载情况下，在此时太阳能发电阵列的发电功率比负载功率要大，太阳能发电阵列的最大功率点无法被追踪到。通常如果电池系统被用作储存太阳能发电阵列的剩余电能，它的最大功率点也许能被追踪到。在模态 II 中， S1 用做控制 E1 的最佳功率点， S2 用来控制输出电压Eo。模态 III 是太阳能发电阵列不工作的情况，或者因为光强太弱使
6、 E1=0 的情况，如图 3(b)所示。 在模态 I 和模态 III 中，如果输入源是 E1 或者 E2，被提出的双输入Buck-boost 型 DC-DC 变换器依照常规的单输入变换器来运作。然而，我们主要讨论图 4(b)中的模态 II，两个输入源都要被考虑到。 3 静动态特征的分析 A.等效电路模型 在讨论双输入 DC-DC 变换器之前，如图 3(a)所示，先假设下列条件成立。 1)开关 S1 和 S2 有内阻 rS1 和 rS2，二极管 D、 D1 和 D2 分别有内阻 rD， rD1和 rD2。 2)S1、 S2和
7、 D的开关转换时间远小于导通时间 Ton1、 Ton2和关断时间 Toff，因此可以被忽略。 3)储能电抗 L 有理想的磁性能并且因此线圈没有产生漏磁通。 4)储能电抗 L 有足够大的电感，能产生足够大的磁动势 (MMF)，也就是说能保持变换器电抗电流连续如表 II 中所示。 考虑到如上假设，三种状态的等效电路模型 3(除了表 I 中的状态 4)，都在图 5 中。在图 5 中，通过相同电路拓扑的等效电路的变换器用来代表双输入 DC-DC 变换器。输入电压 E1 和 E2 被电抗 L 的两个初级线圈匝数 N1和 N2 所标准化，结果就是被变成 E1/N1 和
8、E2/N2。 S1 和 S2 各自的通态和断态被匝数比为 1:1 和 1:0 的理想变压器所替代。相似地，二极管 D 的通态和断态被匝数比为 1:1 和 1:0 的理想变压器所替代。在表 I 中的状态 1 中， S1 导通， S2 关断， D 关断。在这种状态下，从 E1/N1 而来的电流 N1I1 流过电抗 L的初级线圈 N1 如图 5(a)所示。在状态 2 中， S1 关断， S2 导通， D 关断，从E2/N2 而来的电流 N2I2 流过 L 的初级线圈 N2，如图 5(b)所示。在状态 3 中，S1 关断， S2 关断， D 导通，因此电流 Io 从 L 的次级线圈流向并联了输出电容
9、C 的负载 R。 r1、 r2 和 ro 有下式： r1=rE1+Rs+rS1+rD1+rL1 (1) r2=rE2+rS2+rD2+rL2 (2) ro=rD+rLo
10、 (3) 式中 rE1,rE2 电源 E1、 E2 的内阻； Rs 串联电流感应器电阻； rL1,rL2,rLo 电抗 L 的两个输入线圈和一个输出线圈的内阻。 通过图 5 中的等效电路模型，连续等效电路模型 4在一个开关周期 Ts内的驱动见图 (6)(参见附录 2)， r 为等效内部损耗电阻，如下式： o n 1 1 2 22212r o ff oons s sTrT r T rT N T N
11、T (4) B.静态特征 去掉图 6 中连续等效电路模型中的理想变压器，考虑到它的稳定状态，图 3(a)中双输入 DC-DC 变换器连续的 DC 平均模型的驱动如图 7(a)所示。从图 7(a)中可以看出，稳态特征由下式给出： 1212221o n o no ff o ffoso ffTTEEN T N TErTTR (5)
