專(zhuān)利名稱：用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開(kāi)關(guān)高增益升壓型變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種直流-直流變換器，具體涉及一種用于分布式光伏發(fā)電的單 相軟開(kāi)關(guān)高增益升壓型變換器。
背景技術(shù)：
在分布式太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，為了提高太陽(yáng)能電池本身的發(fā)電效率，一般采 用太陽(yáng)能電池并聯(lián)結(jié)構(gòu)。然而，單塊太陽(yáng)能電池板的輸出電壓較低且變化范圍較寬，而并網(wǎng) 逆變器所需的母線電壓較高，因此需要一級(jí)直流_直流變換器實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。該直流_直 流變換器的輸入電流為連續(xù)電流可提高光伏電池板的利用率。如何實(shí)現(xiàn)輸入電流連續(xù)的高 增益高效率的單相直流_直流變換器對(duì)于推動(dòng)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要推動(dòng)意義。常規(guī)的單相升壓型(Boost)直流-直流變換器的電壓增益僅有開(kāi)關(guān)管的占空比決 定，難以實(shí)現(xiàn)大于十倍的電壓增益輸出。功率器件的電壓應(yīng)力等于輸出電壓，電壓應(yīng)力較 高。而且，變換器工作在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)損耗較大。為了實(shí)現(xiàn)Boost變換器的軟開(kāi)關(guān)動(dòng) 作，近年來(lái)，相繼研究了一些通過(guò)附加有源功率開(kāi)關(guān)或無(wú)源器件的軟開(kāi)關(guān)方案，這些電路雖 然實(shí)現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)動(dòng)作，但是不能降低開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力，也不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高增益變換。為 了提升變換器的電壓增益，一種方案是采用開(kāi)關(guān)電容的方案，但這種方案所需開(kāi)關(guān)管數(shù)量 較多，增加了系統(tǒng)成本；另外的方案是采用復(fù)雜的三繞組耦合電感方案，這種方案的缺點(diǎn)是 耦合電感結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于工業(yè)加工，難以保證電路的一致性。現(xiàn)有的采用耦合電感實(shí)現(xiàn)的 高增益變換器，輸入電流為斷續(xù)模式，為了減少輸入電流紋波，需采用大容量的電解電容， 既增加了變換器體積，又影響了光伏發(fā)電的利用率。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有工作在軟開(kāi)關(guān)狀態(tài)的變換器存在成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn) 題，提供一種輸入電流連續(xù)、所有功率器件均為軟開(kāi)關(guān)動(dòng)作、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的用于分布 式光伏發(fā)電的單相軟開(kāi)關(guān)高增益升壓型變換器。一種用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開(kāi)關(guān)高增益升壓型變換器，包括依次連接的工 作于輸入電流連續(xù)模式的單相Boost升壓電路單元、變壓器倍壓電路單元和輸出電路單 元，所述輸出電路單元與負(fù)載連接，其特征在于所述工作于輸入電流連續(xù)模式的單相Boost升壓電路單元由一個(gè)輸入濾波電感、 兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管、一個(gè)并聯(lián)電容和一個(gè)箝位電容構(gòu)成，其中輸入濾波電感的第一端與電源的正極相連，輸入濾波電感的第二端與第一功率開(kāi) 關(guān)管的漏極及第二功率開(kāi)關(guān)管的源極相連，第二功率開(kāi)關(guān)管的漏極與箝位電容的第一端相 連，并聯(lián)電容的第一端與第一功率開(kāi)關(guān)管的漏極相連，并聯(lián)電容的第二端與第一功率開(kāi)關(guān) 管的源極和電源的負(fù)極相連；所述的變壓器倍壓電路單元由一個(gè)具有兩個(gè)繞組的變壓器、一個(gè)隔直電容、一個(gè) 倍壓電容及一個(gè)續(xù)流二極管構(gòu)成，其中[0009]變壓器第一繞組的第一端與隔直電容的一端相連，隔直電容的另一端和第一功率 開(kāi)關(guān)管的漏極與第二功率開(kāi)關(guān)管的源極相連，變壓器第二繞組的一端與第二功率開(kāi)關(guān)管的 漏極及續(xù)流二極管的陽(yáng)極相連，變壓器第二繞組的另一端與倍壓電容的一端相連，倍壓電 容的另一端與續(xù)流二極管的陰極相連；所述的輸出電路單元中，輸出二極管的陽(yáng)極與續(xù)流二極管的陰極相連，輸出二極 管的陰極與輸出電容的第一端相連，輸出電容的第二端與電源的負(fù)極相連。進(jìn)一步，所述箝位電容的第二端與電源負(fù)極相連?；蛘?，所述箝位電容的第二端與電源正極相連?；蛘?，所述箝位電容的第二端與輸出電容的第一端相連。進(jìn)一步，所述變壓器第一繞組的第二端與電源的負(fù)極相連?；蛘?，所述變壓器第一繞組的第二端與第二功率開(kāi)關(guān)管的漏極相連?；蛘?，所述變壓器第一繞組的第二端與輸出二極管的陰極相連。本實(shí)用新型中的續(xù)流二極管和輸出二極管中的一個(gè)或多個(gè)改成同步整流管，均能 正常工作。本實(shí)用新型變換器工作時(shí)，利用變壓器的匝比，為變換器的電壓增益調(diào)整提供了 一個(gè)新的變量，可通過(guò)合理設(shè)計(jì)變壓器匝比和開(kāi)關(guān)管占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)寬范圍和大升壓比調(diào) 節(jié)；利用變壓器的匝比調(diào)節(jié)，可降低功率器件的電壓應(yīng)力，大大降低了器件的導(dǎo)通損耗；由 于并聯(lián)電容的存在，實(shí)現(xiàn)了第一功率開(kāi)關(guān)管和第二功率開(kāi)關(guān)管的零電壓關(guān)斷；在整個(gè)開(kāi)關(guān) 周期中，通過(guò)控制第一功率開(kāi)關(guān)管和第二功率開(kāi)關(guān)管的門(mén)極脈沖，可使第一、第二功率開(kāi)關(guān) 管實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了變換器的高增益輸出；實(shí)現(xiàn)了第一、第二功率開(kāi)關(guān)管的 零電壓關(guān)斷和開(kāi)通；輸入電流紋波較??；且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，無(wú)需額外的檢測(cè)電路，電路 中無(wú)能量損耗元件，可提高變換器的輸出增益與電路效率，且換流過(guò)程中，功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷 時(shí)無(wú)電壓過(guò)沖，續(xù)流二極管和輸出二極管關(guān)斷時(shí)無(wú)電流過(guò)沖。

圖1是本實(shí)用新型的第一種連接方式的電路圖；圖2是本實(shí)用新型的第二種連接方式的電路圖；圖3是本實(shí)用新型的第三種連接方式的電路圖；圖4是本實(shí)用新型的第四種連接方式的電路圖；圖5是本實(shí)用新型的第五種連接方式的電路圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型的用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開(kāi)關(guān)高增益升壓型變換器， 包括依次連接的工作于輸入電流連續(xù)模式的單相Boost升壓電路單元1、變壓器倍壓電路 單元2和輸出電路單元3，所述工作于輸入電流連續(xù)模式的單相Boost升壓電路單元1中，輸入濾波電感Lf 的第一端與電源Vin的正極相連，輸入濾波電感Lf的第二端與第一功率開(kāi)關(guān)管S1的漏極及第二功率開(kāi)關(guān)管S2的源極相連，第二功率開(kāi)關(guān)管S2的漏極與箝位電容Cc的第一端相連，并 聯(lián)電容Cs的第一端與第一功率開(kāi)關(guān)管S1的漏極相連，并聯(lián)電容Cs的第二端與第一功率開(kāi) 關(guān)管S1的源極和電源Vin的負(fù)極及箝位電容Cc的第二端相連；所述變壓器倍壓電路單元2中，變壓器第一繞組L1的第一端與隔直電容Cb的一端 相連，隔直電容Cb的另一端和第一功率開(kāi)關(guān)管S1的漏極與第二功率開(kāi)關(guān)管S2的源極相連， 變壓器第一繞組L1的第二端與電源Vin的負(fù)極相連，變壓器第二繞組L2的一端與第二功率 開(kāi)關(guān)管S2的漏極及續(xù)流二極管Dr的陽(yáng)極相連，變壓器第二繞組L2的另一端與倍壓電容Cm 的一端相連，倍壓電容Cm的另一端與續(xù)流二極管Dr的陰極相連；所述輸出電路單元3中，輸出二極管Do的陽(yáng)極與續(xù)流二極管Dr的陰極相連，輸出 二極管Do的陰極與輸出電容Co的第一端相連，輸出電容Co的第二端與電源Vin的負(fù)極相 連。輸出電容Co的電壓為Vout，能量最終傳遞給負(fù)載Ro。用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開(kāi)關(guān)高增益升壓型變換器在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)有兩 種工作過(guò)程，即第一功率開(kāi)關(guān)管S1關(guān)斷與第二功率開(kāi)關(guān)管S2開(kāi)通之間的換流過(guò)程和第二功 率開(kāi)關(guān)管S2關(guān)斷和第一功率開(kāi)關(guān)管S1開(kāi)通之間的換流過(guò)程。第一功率開(kāi)關(guān)管S1關(guān)斷與第二功率開(kāi)關(guān)管S2開(kāi)通之間的換流換流前，電路處于第一功率開(kāi)關(guān)管S1和輸出二極管Do導(dǎo)通，第二功率開(kāi)關(guān)管S2和 續(xù)流二極管Dr關(guān)斷的穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝还β书_(kāi)關(guān)管S1關(guān)斷時(shí)，由于并聯(lián)電容Cs的存 在，第一功率開(kāi)關(guān)管S1的電壓從零開(kāi)始以一定斜率線性上升，即第一功率開(kāi)關(guān)管S1實(shí)現(xiàn)了 零電壓關(guān)斷。第一功率開(kāi)關(guān)管S1的電壓上升到一定值時(shí)，第二功率開(kāi)關(guān)管S2體內(nèi)二極管開(kāi) 通，第二功率開(kāi)關(guān)管S2體內(nèi)二極管開(kāi)通后，給出第二功率開(kāi)關(guān)管S2的門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了 第二功率開(kāi)關(guān)管S2的零電壓開(kāi)通。在這個(gè)過(guò)程，輸出二極管Do的電流由一定值以一定斜 率下降到零，輸出二極管Do關(guān)斷。而續(xù)流二極管Dr兩端的電壓逐漸下降到零，續(xù)流二極管 Dr導(dǎo)通。之后，電路進(jìn)入第一功率開(kāi)關(guān)管S1關(guān)斷，第二功率開(kāi)關(guān)管S2開(kāi)通，續(xù)流二極管Dr 開(kāi)通和輸出二極管Do關(guān)斷的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。第二功率開(kāi)關(guān)管S2關(guān)斷和第一功率開(kāi)關(guān)管S1開(kāi)通之間的換流換流前，電路處于第一功率開(kāi)關(guān)管S1和輸出二極管Do關(guān)斷，第二功率開(kāi)關(guān)管S2和 續(xù)流二極管Dr導(dǎo)通的穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)?shù)诙β书_(kāi)關(guān)管S2關(guān)斷時(shí)，第二功率開(kāi)關(guān)管S2的 電壓從零開(kāi)始以一定斜率線性上升，即第二功率開(kāi)關(guān)管S2實(shí)現(xiàn)了零電壓關(guān)斷。第一功率開(kāi) 關(guān)管S1的電壓從一定值以一定斜率線性下降至零，第一功率開(kāi)關(guān)管S1的體內(nèi)二極管導(dǎo)通， 然后給出第一功率開(kāi)關(guān)管S1的門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了第一功率開(kāi)關(guān)管S1的零電壓開(kāi)通。在 這個(gè)過(guò)程中，續(xù)流二極管Dr的電流從一定值以一定斜率下降到零，續(xù)流二極管Dr關(guān)斷。而 輸出二極管Do兩端的電壓逐漸下降到零，輸出二極管Do導(dǎo)通。之后，電路進(jìn)入第一功率開(kāi) 關(guān)管S1導(dǎo)通，第二功率開(kāi)關(guān)管S2關(guān)斷，續(xù)流二極管Dr關(guān)斷和輸出二極管Do導(dǎo)通的穩(wěn)定運(yùn) 行狀態(tài)。實(shí)施例二參見(jiàn)圖2，本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于，所述箝位電容Cc的第二端與電 源Vin正極相連。其余結(jié)構(gòu)和功能均相同。實(shí)施例三[0039]參見(jiàn)圖3，本實(shí)施例與實(shí)施例一、二的不同之處在于，所述箝位電容Cc的第二端與 輸出電容Co的第一端相連。其余結(jié)構(gòu)和功能均相同。實(shí)施例四參見(jiàn)圖4，本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于，變壓器第一繞組L1的第二端與第 二功率開(kāi)關(guān)管S2的漏極相連。其余結(jié)構(gòu)和功能均相同。實(shí)施例五參見(jiàn)圖5，本實(shí)施例與實(shí)施例一、四的不同之處在于，變壓器第一繞組L1的第二端 與輸出二極管Do的陰極相連。其余結(jié)構(gòu)和功能均相同。本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)實(shí)用新型構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本實(shí)用新 型的保護(hù)范圍的不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍也 及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求1.一種用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開(kāi)關(guān)高增益升壓型變換器，包括依次連接的工作 于輸入電流連續(xù)模式的單相Boost升壓電路單元、變壓器倍壓電路單元和輸出電路單元， 所述輸出電路單元與負(fù)載連接，其特征在于所述工作于輸入電流連續(xù)模式的單相Boost升壓電路單元由一個(gè)輸入濾波電感、兩個(gè) 功率開(kāi)關(guān)管、一個(gè)并聯(lián)電容和一個(gè)箝位電容構(gòu)成，其中輸入濾波電感的第一端與電源的正極相連，輸入濾波電感的第二端與第一功率開(kāi)關(guān)管 的漏極及第二功率開(kāi)關(guān)管的源極相連，第二功率開(kāi)關(guān)管的漏極與箝位電容的第一端相連， 并聯(lián)電容的第一端與第一功率開(kāi)關(guān)管的漏極相連，并聯(lián)電容的第二端與第一功率開(kāi)關(guān)管的 源極和電源的負(fù)極相連；所述的變壓器倍壓電路單元由一個(gè)具有兩個(gè)繞組的變壓器、一個(gè)隔直電容、一個(gè)倍壓 電容及一個(gè)續(xù)流二極管構(gòu)成，其中變壓器第一繞組的第一端與隔直電容的一端相連，隔直電容的另一端和第一功率開(kāi)關(guān) 管的漏極與第二功率開(kāi)關(guān)管的源極相連，變壓器第二繞組的一端與第二功率開(kāi)關(guān)管的漏極 及續(xù)流二極管的陽(yáng)極相連，變壓器第二繞組的另一端與倍壓電容的一端相連，倍壓電容的 另一端與續(xù)流二極管的陰極相連；所述的輸出電路單元中，輸出二極管的陽(yáng)極與續(xù)流二極管的陰極相連，輸出二極管的 陰極與輸出電容的第一端相連，輸出電容的第二端與電源的負(fù)極相連。
2.如權(quán)利要求1所述的用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開(kāi)關(guān)高增益升壓型變換器，其特 征在于所述箝位電容的第二端與電源負(fù)極相連。
3.如權(quán)利要求1所述的用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開(kāi)關(guān)高增益升壓型變換器，其特 征在于所述箝位電容的第二端與電源正極相連。
4.如權(quán)利要求1所述的用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開(kāi)關(guān)高增益升壓型變換器，其特 征在于所述箝位電容的第二端與輸出電容的第一端相連。
5.如權(quán)利要求2 4之一所述的用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開(kāi)關(guān)高增益升壓型變換 器，其特征在于所述變壓器第一繞組的第二端與電源的負(fù)極相連。
6.如權(quán)利要求2 4之一所述的用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開(kāi)關(guān)高增益升壓型變換 器，其特征在于所述變壓器第一繞組的第二端與第二功率開(kāi)關(guān)管的漏極相連。
7.如權(quán)利要求2 4之一所述的用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開(kāi)關(guān)高增益升壓型變換 器，其特征在于所述變壓器第一繞組的第二端與輸出二極管的陰極相連。
專(zhuān)利摘要用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開(kāi)關(guān)高增益升壓型變換器，包括依次連接的工作于輸入電流連續(xù)模式的單相Boost升壓電路單元、變壓器倍壓電路單元和輸出電路單元，所述工作于輸入電流連續(xù)模式的單相Boost升壓電路單元由一個(gè)輸入濾波電感、兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管、一個(gè)并聯(lián)電容和一個(gè)箝位電容構(gòu)成，所述的變壓器倍壓電路單元由一個(gè)具有兩個(gè)繞組的變壓器、一個(gè)隔直電容、一個(gè)倍壓電容及一個(gè)續(xù)流二極管構(gòu)成，所述的輸出電路單元由輸出二極管、輸出電容構(gòu)成，所述輸出電路與負(fù)載相連。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了第一、第二功率開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通與關(guān)斷，降低了輸入電流紋波，且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，適用于太陽(yáng)能分布式發(fā)電的高效率變換場(chǎng)合。
文檔編號(hào)H02M3/315GK201789421SQ20102024604
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者李威辰, 李武華, 梅燁, 趙一 申請(qǐng)人:杭州浙大太陽(yáng)電氣有限公司