[发明专利]一种可用于光伏充电的高增益变换器及其控制方法

说明书

本发明属于DC‑DC升压变换技术领域，具体涉及一种高增益变换器及其控制方法，输入电源的正极与第一电感的一端、第二电感的一端、输入滤波电容C_in的正极相连；输入电源的负极与第一开关管的源极、第二开关管的源极、第一电容的负极、第二二极管的阴极、输入滤波电容C_in的负极相连；第一开关管的漏极与第一电感的另一端、第一二极管的阳极相连；第二开关管的漏极与第二电感的另一端、第二电容的正极相连；第一二极管的阴极与第一电容的正极、输出滤波电感的一端相连；第二电容的负极与第二二极管的阳极、输出滤波电容的负极、直流负载的一端相连；输出滤波电感的另一端与输出滤波电容的正极、直流负载的另一端相连。该发明有输入、输出电流连续，电压增益高等优点。

技术领域

本发明属于DC-DC升压变换技术，具体涉及一种可用于光伏充电的高增益变换器及其控制方法。

背景技术

利用屋顶分布式光伏发电系统对电动汽车进行慢充，即可基本满足其市区上、下班的电能需求，且有利于真正实现“零排放”的绿色交通。由于光伏电池的端电压通常远低于电动汽车动力电池的端电压，为此光伏慢充系统需要采用较高增益的直流变换器作为主电路拓扑。此外，光伏电池的端电压纹波会影响MPPT控制的准确性，使得MPPT效率严重下降，因此其输出侧通常并联电容器，以滤除光伏充电变换器的输入电流纹波，平滑光伏电池端电压。由于光伏充电设施的使用环境非常恶劣(高温、暴晒)，这种场合下电解电容的预期寿命将急剧缩短，因此光伏充电变换器的输入电流必须连续，以大幅度降低输入端电容量，实现无电解电容化，提高系统可靠性。另外，蓄电池的内阻通常小于电容的等效串联电阻。若光伏充电变换器的输出电流脉动较大，则需要在其输出端并联大量的电容器，以减小充电电流纹波，降低蓄电池的发热量，延长其使用寿命。然而，系统成本和体积也显著增加。为此，光伏充电变换器的输出电流也必须连续。

开关电容Boost变换器的电压增益是传统Boost变换器的(1+D)倍，且输入、输出电流均连续，因此满足光伏充电变换器的性能要求。但是，该结构存在以下问题：(1)低输入电压条件下，输入电感的电流应力较大，需要较大电感量才能确保电流连续；(2)输入电流脉动率大，电感电流大，损耗严重。图1给出了一种双输入电感的开关电容Boost变换器。其可以有效减小输入电流脉动率，降低开关管的平均电流应力，但存在器件数量较多，结构复杂，升压能力不足，电压应力高等缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种可用于光伏充电的高增益变换器及其控制方法。本发明所提的高增益变换器在图1所示的双电感开关电容Boost变换器的基础上，去除掉了两个升压二极管(D₃、D₄)；第一开关管S₁和第二开关管S₂的驱动信号初相位仍然互差180°，但第一开关管S₁的占空比d₁和第二开关管S₂的占空比d₂满足约束关系：且以d₁为控制变量。本发明所提的高增益变换器具有以下优点：(1)输入、输出电流均连续，故可以大幅度减小输入滤波电容C_in和输出滤波电容C_o的大小、体积和成本，特别适用于光伏充电场合；(2)第一电感L₁和第二电感L₂的平均电流应力相等，且L₁≈L₂，因而第一电感L₁和第二电感L₂的铁耗和铜耗基本相同，热分布均匀，且适合模块化批量制作，降低了生产成本；(3)输入电流的脉动频率为开关频率的两倍，且脉动率降低，从而进一步减小了输入滤波电容C_in的大小，提高了可靠性，并降低了系统的体积和成本；(4)第一开关管S₁和第二开关管S₂的电流应力和电压应力较小，因而减小了功率损耗，提高了变换效率。此外，与原双电感开关电容Boost变换器相比，本发明所提的高增益变换器具有更少的二极管、更高的电压增益和更低的电压应力，因此结构更简单，功率损耗和成本更低。