[发明专利]一种三电平升压电路及其控制方法

说明书

本发明公开一种三电平升压电路及其控制方法，该电路包括：直流电源DC、升压电感L1、功率开关管Q1、功率开关管Q2、输出母线滤波电容C1、输出母线滤波电容C2、功率开关管Q1的结电容C3、功率开关管Q2的结电容C4、功率二极管D1、功率二极管D2、功率二极管D3、续流二极管D4以及电容C5。本发明是一种新的三电平升压电路拓扑，优点如下：一、功率开关管Q1和功率开关管Q2的只需要满足相应的驱动时序即可，控制简单；二、输入DC和输出是共负极的，不存在共模干扰问题；三、功率开关管Q1和功率开关管Q2的驱动不需要独立的控制，且只需要一个电感L1，成本低。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种三电平升压电路及其控制方法。

背景技术

在电力电子拓扑中，Boost是最基本的一种DC/DC拓扑，应用到各种各样的电力电子设备中。光伏逆变器包括DC/DC和DC/AC两部分，DC/DC不仅能够稳定 DC/AC侧的输入电压，而且能够让电池板以最大功率输出(MPPT，Maximum power point tracking)，从而提高光伏逆变器的发电量，所以DC/DC对于光伏逆变器的性能、效率有至关重要的作用。Boost升压电路拓扑简单、控制简单，被广泛用到光伏逆变器的DC/DC侧，对于低压系统，两电平Boost可以满足耐压要求，但是，对于更高输入电压，由于市场上通用的功率管大多为低压器件，且高压器件价格是低压器件的几倍，两电平Boost已经难以满足耐压要求。现在三电平升压电路包括：对称Boost三电平升压电路、飞跨电容三电平升压电路。其中，对称Boost三电平升压电路：对称BOOST升压电路的拓扑和驱动时序如图1 和图2所示，由于母线输出和直流源DC之间存在二极管D1和二极管D2，开关管Q1和Q2并不能保证同时的开通和关断，且在电容C1和电容C2中点电压有偏差时，需要调节开关管Q1和开关管Q2的驱动时序来稳定电容C1和电容C2 的中点电压，导致输出电压对地之间存在严重的共模信号，和大地之间形成共模干扰，导致很高的漏电流，影响系统的正常工作，对称Boost三电平升压电压需要两个电感，需要两路独立的驱动电路，这些也都增加了系统成本。飞跨电容三电平升压电路：飞跨电容三电平升压电路的拓扑和驱动时序如图3和图4 所示，虽然飞跨电容三电平不存在共模干扰问题，但是，飞跨电容三电平需要对飞跨的电容C3进行预充电，预充电电路设计比较复杂，且在稳态工作时，要时时刻刻控制电容C3上的电压，控制繁琐，电容C3的容值比较大，成本也比较高，至今飞跨电容三电平很难在工程上被广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于通过一种三电平升压电路及其控制方法，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种三电平升压电路，其包括：直流电源DC、升压电感L1、功率开关管Q1、功率开关管Q2、输出母线滤波电容C1、输出母线滤波电容C2、功率开关管Q1 的结电容C3、功率开关管Q2的结电容C4、功率二极管D1、功率二极管D2、功率二极管D3、续流二极管D4以及电容C5；其中，所述直流电源DC的正极连接升压电感L1的一端，直流电源DC的负极与功率开关管Q2的发射极、输出母线滤波电容C2的一端连接，升压电感L1的另一端与功率二极管D1的正极、功率开关管Q1的集电极连接，功率二极管D1的负极与电容C5的一端、功率二极管 D2的正极、功率二极管D3的负极连接，电容C5的另一端与功率开关管Q1的发射极、功率开关管Q2的集电极、续流二极管D4的正极连接，结电容C3并接在功率开关管Q1的集电极与发射极之间，结电容C4并接在功率开关管Q2的集电极与发射极之间，功率二极管D3的正极与续流二极管D4的负极、输出母线滤波电容C1的一端、输出母线滤波电容C2的另一端连接，输出母线滤波电容C1 的另一端与功率二极管D2的负极连接。

基于上述三电平升压电路，本发明还公开了一种三电平升压电路控制方法，该方法包括：