[发明专利]一种基于断续电流模式的全桥逆变器的轻载效率优化方案

说明书

本发明公开了一种基于断续电流模式的单相全桥逆变器的轻载效率优化方案，属于电力电子变换器技术领域。目前中、小功率逆变应用场合中常采用电感电流临界连续控制策略(临界电流模式)，该控制策略可在不增加任何额外器件与辅助电路的基础上实现开关管的ZVS开通，有效地提高了逆变器的工作效率，但随着负载的降低，开关频率会逐渐上升，关断损耗随之大幅增加，降低了逆变器轻载变换效率。本发明通过在逆变器输出功率下降至较小时，控制逆变器由原先的临界电流模式切换为断续电流模式，并根据实时输入电压、输出电压、输出功率确定最优的关断时间以尽可能降低逆变器的开关频率，减小开关损耗，从而提升轻载效率，实现逆变器整体工作效率的优化。

技术领域

本发明公开了一种基于断续电流模式的全桥逆变器的轻载效率优化方案，属于电力电子变换器技术领域。

背景技术

光伏并网逆变器作为光伏发电系统中最核心的部分，在新能源发电和电能变换等场合具有广泛的应用。高效率、高功率密度、高可靠性、低成本、多功能是目前逆变器发展的主要目标。提高开关频率可以减小无源器件的体积，进而可以提高并网逆变器的功率密度。然而，提高开关频率不仅会增加开关损耗，还会带来较大的电磁干扰。

软开关技术的应用会大大降低开关损耗，能有效提高开关频率，减小逆变器体积与成本，保证逆变器的高效运行与低EMI干扰。目前逆变器中的软开关技术主要包括无源软开关技术与有源软开关技术，但都需要增加额外的器件与辅助电路来实现，这不仅增加了逆变器的体积与成本，所带来的控制复杂度的提升也降低了逆变器工作的稳定性。

近年来，有学者提出了一种适用于中小功率等级的逆变器上的电感电流临界连续控制策略，通过控制电感电流工作于临界电流模式，在不增加任何额外器件与辅助电路的基础上可实现开关管的ZVS开通，附图1(a)即为所应用的主功率拓扑-全桥逆变电路，附图1(b)为该控制策略下电感电流i_Lf的整体示意图，电感电流i_Lf双向流动，工作于临界电流模式(BCM)，通过反向电流I_B在死区时间内完成开关管的结电容的充放电以实现开关管的ZVS开通。

与SPWM类似，临界电流模式下也分为单极性和双极性调制策略，由于双极性调制策略下过高的开关频率并且四个开关管均高频工作，开关损耗较高，变换器效率相对较低，因此实际应用较少，大部分情况采用效率更高的单极性调制策略。单极性调制策略下的理论开通时间t_on与关断时间t_off以及开关频率f_s的表达式如(1)所示，式中L_f为逆变侧电感值，V_DC为直流输入电压值，V_o为输出交流电压有效值，ωt为输出电压相位，i_up与i_low分别为电感电流i_Lf的上下复位限(如附图1(b)中所标包络线)。

根据式(1)可绘制出半个工频周期内逆变器开关频率随负载变化的不同情况如附图2所示，由图中可以看出，随着负载的逐渐降低，开关频率会大幅上升，虽然开关管实现了ZVS开通，开通损耗可忽略不计，但关断损耗依旧存在，当逆变器工作于轻载时，过高的开关频率导致关断损耗加剧，从而致使轻载变换效率跌落较多，附图3给出了临界电流模式下逆变器的效率曲线图，由图中可以看出，虽然逆变器重载时的效率较高，峰值效率可达98.5％，但轻载时效率下跌严重，10％载时甚至跌到95％以下，严重影响了逆变器的整体工作效率。

发明内容

本发明针对临界电流模式下的全桥逆变器轻载开关频率较高，开关损耗较大，变化效率较低的问题，提出了一种提升轻载效率的控制方案。

本发明方法的目的是通过以下技术方案来实现的：