[發明專利]一種基于電流源半橋變換器的光伏直流電路及其控制方法

在審

• 申請號: 201410549953.3
• 申請日: 2014-10-17
• 公開（公告）號: CN104660051A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 楊晨;王燁;謝少軍
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/36;H02H7/10
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及一種光伏直流模塊的控制方法及其實現電路，具體的說是基于電流源半橋變換器的光伏直流電路及其控制方法。

背景技術

光伏直流模塊是模塊式光伏發電系統的重要組成單元，其主要是針對每一塊光伏電池板單獨設計的光伏變換器，能夠充分利用光伏電池發出的功率，解決光伏電池陣列應用中的部分陰影遮罩問題。光伏直流模塊的輸出一般通過并聯經統一的逆變單元并網。由于一般光伏電池板的開路輸出電壓僅有幾十伏，為將光伏電池的能力潰入電網，具有高升壓比的變換器是光伏直流模塊的適用變換器。然而，目前的高升壓比直流變換器種類繁多，可實用的電路并不多。

電流源半橋變換器是一種無需輔助電路的高升壓比變換器，電路結構簡單，能夠通過工藝保證減小變壓器漏感后實現變換器的高效率工作，是光伏直流模塊的一種實用電路。該電路還存在的問題主要是其控制電路難以實現：為完成變換器對光伏電能的轉換，該控制電路要滿足光伏電池特性的基本控制策略，即包含輸入端MPPT控制和輸出端穩壓控制；為減小變換器體積，變換器需要較高的開關信號頻率；正常工作時，變換器的占空比必須大于0.5，存在控制信號的重疊，但變換器啟動又需要占空比從小于0.5啟動，所以存在一定的啟動問題；空載時，變換器處于斷續電流工作模式，無法進行穩定的電壓閉環控制而存在過壓問題。

發明內容

所要解決的技術問題：

本發明的目的是為了完成對光伏電池的功率匹配控制，同時解決電流源半橋變換器的特定占空比要求，設計一種基于電流源半橋變換器的光伏直流電路及其控制方法。

技術方案：

為了實現以上功能，本發明提供了一種基于電流源半橋變換器的光伏直流電路，其特征在于：包括電流源半橋變換電路、輸入采樣電路、輸出采樣電路、下垂控制電路、功率匹配電路、PWM芯片電路、單片機；

其中電流源半橋變換電路的輸入端連接輸入端采樣電路，輸入端采樣電路與單片機相連，產生MPPT信號；

電流源半橋變換電路的輸出端連接輸出端采樣電路，輸出端采樣電路的輸出端包含兩路相同的輸出信號，其中一路與輸出端下垂控制電路相連，產生下垂控制信號；另一路與單片機相連，產生過壓保護信號；

所述MPPT信號、下垂控制信號與功率匹配電路的輸入端連接，輸出閉環控制信號，該信號與過壓保護信號一同接入PWM芯片電路，經PWM芯片電路輸出功率管所需的驅動信號；并產生兩路經過功率放大的、可受過壓保護信號限制且交錯180°的驅動信號，直接與電流源半橋變換電路兩個功率管的柵極和源極相連；

所述功率匹配電路中包含PI控制環節，分別對MPPT信號、下垂控制信號進行PI控制，能夠完成MPPT控制和輸出功率控制，使電流源半橋變換電路能夠在MPPT控制和輸出功率控制之間的切換。

所述PWM芯片電路包括載波生成電路、調制波生成電路、過壓保護電路及圖騰柱放大電路；

其中PWM芯片第1、2、3引腳及第18引腳與載波生成電路連接，載波生成電路的輸出有兩路，依次連接在PWM芯片的第9、10引腳；

所述調制波生成電路負責將閉環控制信號與固定信號相比較，再取較大值作為調制信號，與PWM芯片15腳連接；PWM芯片第15、16和17引腳共同構成了一個調制信號的跟隨電路，可以提高信號的帶負載能力；將PWM芯片17腳輸出經輸出電阻與PWM芯片第8、11引腳連接，構成PWM比較器所需的兩路調制信號。

所述過壓保護信號與PWM芯片14腳連接；PWM芯片第4、7引腳分別與兩路圖騰柱放大電路相連，輸出兩路電流源半橋變換電路功率管所需的驅動信號。

所述輸出端過壓保護電路采用跳頻控制。

所述PWM芯片為UC3637；所述單片機采用CC2530。

所述調制波生成電路將閉環控制信號與固定信號比較前，對閉環控制信號與控制信號分別進行RC緩沖。

一種基于電流源半橋變換器的光伏直流電路控制方法，其特征在于：首先，輸入采樣電路、輸出采樣電路分別對電流源半橋變換電路的輸入輸出電壓和電流進行數據采集；

其次，在輸出端，一路輸出信號用于判斷負載電壓是否大于額定電壓，如果負載電壓大于額定電壓，單片機輸出過壓保護信號；另一路輸出信號利用運算放大器生成下垂控制信號；

接著，單片機對輸出信號進行MPPT控制；此時，先對MPPT信號與下垂控制信號分別進行PI控制，再將兩者輸出通過二極管取小以實現功率匹配，取小后的信號作為閉環控制信號；