[发明专利]一种高效率高增益变换器及其控制方法

说明书

本发明属于DC‑DC变换器技术领域，公开了一种高效率高增益变换器及其控制方法，其直流电源的正极与输入滤波电容的正极、第一电感的一端、第一二极管的阳极连接；第一电感的另一端与第一开关管的漏极、第一电容的负极、第二电容的正极连接；第一二极管的阴极与第一电容的正极、第二二极管的阳极连接；第二电容的负极与第二开关管的源极、输出滤波电容的负极、直流负载的一端连接；第二二极管的阴极与第二电感的一端、第三电容的正极连接；第二电感的另一端与输出滤波电容的正极、直流负载的另一端连接；直流电源的负极与第三电容的负极、第一开关管的源极、第二开关管的漏极、输入滤波电容的负极连接；其具有高电压增益，高效率，低电压应力且小体积的特点。

技术领域

本发明属于DC-DC升压变换器技术领域，具体涉及一种高效率高增益变换器及其控制方法。

背景技术

直流模块分布式光伏并网发电系统可实现组件级的最大功率点跟踪控制，具有很强的抗局部阴影能力，且易标准化生产，安装灵活。然而，由于其输入电源(由单个或两个光伏组件串联构成)的端电压较低，光伏直流模块必须具备较高的电压增益(G＝U_o/U_in)，才能满足后级并网逆变器的直流母线电压要求。此外，为了降低成本、便于安装、并进一步提高太阳能利用率，光伏直流模块还需要具有器件数量少，体积小、变换效率高等特点。近年来，各国学者提出了多种高增益拓扑，其大致可分为隔离型和非隔离型两类。与前者相比，非隔离型变换器的体积较小、效率相对较高，而且非隔离光伏并网逆变器的漏电流抑制策略已经非常成熟，因此其作为光伏直流模块拓扑更具优势。

Boost变换器是应用最为广泛的非隔离型升压变换器。其输入电流连续，结构简单，但当占空比超过0.8时，功率管和电感的电流应力急剧增大，系统效率严重下降。因此，Boost变换器的实际电压增益一般低于5，难以满足直流模块高电压增益的要求。基于耦合电感的Boost变换器可以通过改变耦合电感绕组匝比来实现较高的电压增益，但由于漏感的影响，变换器的效率一般较低。Z源/准Z源Boost变换器具有较少的功率管数量，但是升压能力与传统Boost变换器相同。开关电容Boost变换器与开关电感Boost变换器的理想电压增益都为传统Boost变换器的(1+D)倍，但仍不足以满足后级并网逆变器的直流母线电压要求。二次型Boost变换器的电压增益较高，为传统Boost变换器的平方倍。但是，其和开关电感Boost变换器一样，功率器件承受了较高的电压应力(等于输出电压)，开关损耗较大。由于高耐压的功率器件具有更大的通态压降(或通态电阻)和更高的价格，因此其通态损耗和成本较高，效率较低。另外，上述方案普遍具有多个滤波元件，变换器的体积较大，难以满足光伏直流模块体积小的技术要求。提高开关频率，可以有效降低滤波元件的体积和重量，但是开关损耗明显上升，系统效率严重下降。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种高效率高增益变换器及其控制方法，该高效率高增益变换器的升压能力是传统Boost变换器的两倍；功率管数量较少(2个开关管和2个二极管)，且所有功率管的电压应力相等，均为传统Boost变换器的一半，因此可以选用低通态压降和低成本的器件；消除了第一开关管S₁和第二开关管S₂的开通损耗和第一二极管D₁、第二二极管D₂的反向恢复损耗，故可以大幅度提高开关频率、降低滤波器的体积且具有较高的变换效率，故适用于光伏直流模块。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案如下：

一种用于光伏直流模块的高效率高增益变换器，包括直流电源U_in、输入滤波电容C_in、第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃、第一电感L₁、第二电感L₂、第一开关管S₁、第二开关管S₂、第一二极管D₁、第二二极管D₂、输出滤波电容C_o、直流负载R；