[发明专利]用于分布式光伏发电的单相软开关高增益升压型变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流-直流变换器，具体涉及一种用于分布式光伏发电的单相软开关高增益升压型变换器。

背景技术

在分布式太阳能光伏发电系统中，为了提高太阳能电池本身的发电效率，一般采用太阳能电池并联结构。然而，单块太阳能电池板的输出电压较低且变化范围较宽，而并网逆变器所需的母线电压较高，因此需要一级直流-直流变换器实现电压转换。该直流-直流变换器的输入电流为连续电流可提高光伏电池板的利用率。如何实现输入电流连续的高增益高效率的单相直流-直流变换器对于推动光伏产业的发展具有重要推动意义。

常规的单相升压型(Boost)直流-直流变换器的电压增益仅有开关管的占空比决定，难以实现大于十倍的电压增益输出。功率器件的电压应力等于输出电压，电压应力较高。而且，变换器工作在硬开关状态，开关损耗较大。为了实现Boost变换器的软开关动作，近年来，相继研究了一些通过附加有源功率开关或无源器件的软开关方案，这些电路虽然实现了软开关动作，但是不能降低开关管的电压应力，也不能实现系统的高增益变换。为了提升变换器的电压增益，一种方案是采用开关电容的方案，但这种方案所需开关管数量较多，增加了系统成本；另外的方案是采用复杂的三绕组耦合电感方案，这种方案的缺点是耦合电感结构复杂，不利于工业加工，难以保证电路的一致性。现有的采用耦合电感实现的高增益变换器，输入电流为断续模式，为了减少输入电流纹波，需采用大容量的电解电容，既增加了变换器体积，又影响了光伏发电的利用率。

发明内容

本发明为了解决现有工作在软开关状态的变换器存在成本高、结构复杂的问题，提供一种输入电流连续、所有功率器件均为软开关动作、成本低、结构简单的用于分布式光伏发电的单相软开关高增益升压型变换器。

一种用于分布式光伏发电的单相软开关高增益升压型变换器，包括依次连接的工作于输入电流连续模式的单相Boost升压电路单元、变压器倍压电路单元和输出电路单元，所述输出电路单元与负载连接，其特征在于：

所述工作于输入电流连续模式的单相Boost升压电路单元由一个输入滤波电感、两个功率开关管、一个并联电容和一个箝位电容构成，其中：

输入滤波电感的第一端与电源的正极相连，输入滤波电感的第二端与第一功率开关管的漏极及第二功率开关管的源极相连，第二功率开关管的漏极与箝位电容的第一端相连，并联电容的第一端与第一功率开关管的漏极相连，并联电容的第二端与第一功率开关管的源极和电源的负极相连；

所述的变压器倍压电路单元由一个具有两个绕组的变压器、一个隔直电容、一个倍压电容及一个续流二极管构成，其中：

变压器第一绕组的第一端与隔直电容的一端相连，隔直电容的另一端和第一功率开关管的漏极与第二功率开关管的源极相连，变压器第二绕组的一端与第二功率开关管的漏极及续流二极管的阳极相连，变压器第二绕组的另一端与倍压电容的一端相连，倍压电容的另一端与续流二极管的阴极相连；

所述的输出电路单元中，输出二极管的阳极与续流二极管的阴极相连，输出二极管的阴极与输出电容的第一端相连，输出电容的第二端与电源的负极相连。

进一步，所述箝位电容的第二端与电源负极相连。

或者，所述箝位电容的第二端与电源正极相连。

或者，所述箝位电容的第二端与输出电容的第一端相连。

进一步，所述变压器第一绕组的第二端与电源的负极相连。

或者，所述变压器第一绕组的第二端与第二功率开关管的漏极相连。

或者，所述变压器第一绕组的第二端与输出二极管的阴极相连。

本发明中的续流二极管和输出二极管中的一个或多个改成同步整流管，均能正常工作。

本发明变换器工作时，利用变压器的匝比，为变换器的电压增益调整提供了一个新的变量，可通过合理设计变压器匝比和开关管占空比来实现宽范围和大升压比调节；利用变压器的匝比调节，可降低功率器件的电压应力，大大降低了器件的导通损耗；由于并联电容的存在，实现了第一功率开关管和第二功率开关管的零电压关断；在整个开关周期中，通过控制第一功率开关管和第二功率开关管的门极脉冲，可使第一、第二功率开关管实现零电压开通。

本发明的优点，实现了变换器的高增益输出；实现了第一、第二功率开关管的零电压关断和开通；输入电流纹波较小；且结构简单，成本低，无需额外的检测电路，电路中无能量损耗元件，可提高变换器的输出增益与电路效率，且换流过程中，功率开关管关断时无电压过冲，续流二极管和输出二极管关断时无电流过冲。

附图说明

图1是本发明的第一种连接方式的电路图；