[發(fā)明專利]一種高效率高增益變換器及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110360642.2
• 申請(qǐng)日: 2021-04-02
• 公開（公告）號(hào): CN112886817B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦嶺;許興;錢天泓;田民;周磊;段冰瑩;沈家鵬;高娟;劉宇涵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/158
• 分類號(hào): H02M3/158
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于DC?DC變換器技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種高效率高增益變換器及其控制方法，其直流電源的正極與輸入濾波電容的正極、第一電感的一端、第一二極管的陽極連接；第一電感的另一端與第一開關(guān)管的漏極、第一電容的負(fù)極、第二電容的正極連接；第一二極管的陰極與第一電容的正極、第二二極管的陽極連接；第二電容的負(fù)極與第二開關(guān)管的源極、輸出濾波電容的負(fù)極、直流負(fù)載的一端連接；第二二極管的陰極與第二電感的一端、第三電容的正極連接；第二電感的另一端與輸出濾波電容的正極、直流負(fù)載的另一端連接；直流電源的負(fù)極與第三電容的負(fù)極、第一開關(guān)管的源極、第二開關(guān)管的漏極、輸入濾波電容的負(fù)極連接；其具有高電壓增益，高效率，低電壓應(yīng)力且小體積的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于DC-DC升壓變換器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效率高增益變換器及其控制方法。

背景技術(shù)

直流模塊分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)組件級(jí)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制，具有很強(qiáng)的抗局部陰影能力，且易標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，安裝靈活。然而，由于其輸入電源(由單個(gè)或兩個(gè)光伏組件串聯(lián)構(gòu)成)的端電壓較低，光伏直流模塊必須具備較高的電壓增益(G＝U_o/U_in)，才能滿足后級(jí)并網(wǎng)逆變器的直流母線電壓要求。此外，為了降低成本、便于安裝、并進(jìn)一步提高太陽能利用率，光伏直流模塊還需要具有器件數(shù)量少，體積小、變換效率高等特點(diǎn)。近年來，各國學(xué)者提出了多種高增益拓?fù)洌浯笾驴煞譃楦綦x型和非隔離型兩類。與前者相比，非隔離型變換器的體積較小、效率相對(duì)較高，而且非隔離光伏并網(wǎng)逆變器的漏電流抑制策略已經(jīng)非常成熟，因此其作為光伏直流模塊拓?fù)涓邇?yōu)勢(shì)。

Boost變換器是應(yīng)用最為廣泛的非隔離型升壓變換器。其輸入電流連續(xù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但當(dāng)占空比超過0.8時(shí)，功率管和電感的電流應(yīng)力急劇增大，系統(tǒng)效率嚴(yán)重下降。因此，Boost變換器的實(shí)際電壓增益一般低于5，難以滿足直流模塊高電壓增益的要求。基于耦合電感的Boost變換器可以通過改變耦合電感繞組匝比來實(shí)現(xiàn)較高的電壓增益，但由于漏感的影響，變換器的效率一般較低。Z源/準(zhǔn)Z源Boost變換器具有較少的功率管數(shù)量，但是升壓能力與傳統(tǒng)Boost變換器相同。開關(guān)電容Boost變換器與開關(guān)電感Boost變換器的理想電壓增益都為傳統(tǒng)Boost變換器的(1+D)倍，但仍不足以滿足后級(jí)并網(wǎng)逆變器的直流母線電壓要求。二次型Boost變換器的電壓增益較高，為傳統(tǒng)Boost變換器的平方倍。但是，其和開關(guān)電感Boost變換器一樣，功率器件承受了較高的電壓應(yīng)力(等于輸出電壓)，開關(guān)損耗較大。由于高耐壓的功率器件具有更大的通態(tài)壓降(或通態(tài)電阻)和更高的價(jià)格，因此其通態(tài)損耗和成本較高，效率較低。另外，上述方案普遍具有多個(gè)濾波元件，變換器的體積較大，難以滿足光伏直流模塊體積小的技術(shù)要求。提高開關(guān)頻率，可以有效降低濾波元件的體積和重量，但是開關(guān)損耗明顯上升，系統(tǒng)效率嚴(yán)重下降。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種高效率高增益變換器及其控制方法，該高效率高增益變換器的升壓能力是傳統(tǒng)Boost變換器的兩倍；功率管數(shù)量較少(2個(gè)開關(guān)管和2個(gè)二極管)，且所有功率管的電壓應(yīng)力相等，均為傳統(tǒng)Boost變換器的一半，因此可以選用低通態(tài)壓降和低成本的器件；消除了第一開關(guān)管S₁和第二開關(guān)管S₂的開通損耗和第一二極管D₁、第二二極管D₂的反向恢復(fù)損耗，故可以大幅度提高開關(guān)頻率、降低濾波器的體積且具有較高的變換效率，故適用于光伏直流模塊。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下：

一種用于光伏直流模塊的高效率高增益變換器，包括直流電源U_in、輸入濾波電容C_in、第一電容C₁、第二電容C₂、第三電容C₃、第一電感L₁、第二電感L₂、第一開關(guān)管S₁、第二開關(guān)管S₂、第一二極管D₁、第二二極管D₂、輸出濾波電容C_o、直流負(fù)載R；