CN101841167B - 一种光伏并网逆变器的反激变换器漏感能量吸收回馈电路 - Google Patents

一种光伏并网逆变器的反激变换器漏感能量吸收回馈电路 Download PDF

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Abstract

一种光伏并网逆变器的反激变换器漏感能量吸收回馈电路，包括一吸收电路和一回馈电路，光伏并网逆变器的输入电压依次与所述回馈电路和吸收电路电气连接，所述吸收电路的输入端通过一主功率开关管连接到光伏并网逆变器的高频隔离变压器的原边绕组，光伏并网逆变器的高频隔离变压器的副边绕组连接到逆变并网电路中；由吸收电路吸收光伏并网逆变器主电路中的高频隔离变压器的漏感能量并通过回馈电路回馈到光伏并网逆变器的输入端，同时调节箝位电容的电压，使箝位电容电压跟随光伏并网逆变器的输入电压与逆变并网电路的电网电压反射电压之和，以保证光伏并网逆变器的主电感能量不被吸收，同时抑制了主功率开关管的电压尖峰，提高了反激变换器的效率。

Description

一种光伏并网逆变器的反激变换器漏感能量吸收回馈电路
技术领域
本发明涉及一种漏感能量吸收回馈电路，特别涉及一种太阳能新能源技术领域，应用于光伏并网逆变器的反激变换器漏感能量吸收回馈电路。
背景技术
太阳能作为取之不尽、用之不竭的新能源，具有非常广阔的应用和发展前景，利用太阳能发电作为解决环境和能源危机的重要途径，正在获得巨大的经济效益和社会效益。
光伏并网逆变器是利用太阳能进行发电的重要工具，随着新能源技术的不断发展，对于光伏并网逆变器特别是微型光伏并网逆变器的可靠性、效率和功率密度等具有越来越高的要求。包括美国、欧洲及中国在内的各个国家都出台了关于光伏并网逆变器的强制性安全标准，出于安全性、可靠性等方面考虑，安全标准明确要求光伏并网逆变器的光伏侧与电网侧电气隔离。
反激变换器电路结构简单、输入输出电气隔离、电压升/降范围宽、成本低，工作可靠，工作于电流断续或临界连续时具有电流源特性可以实现并联输出，因此反激变换器广泛应用于各种中小功率场合，也适合应用于小功率光伏并网。但是在反激变换器中，变压器兼作储能电感，因而气隙较大，漏感也较大。功率开关管关断时，由漏感储能引起的电流突变产生很高的关断电压尖峰，增加了功率开关管的电压应力，同时会导致反激变换器效率降低。
所以，在利用反激变换器时，精心设计变压器漏感能量吸收电路是很有必要的。现有的变压器漏感能量吸收电路有：有损RCD吸收电路、无损LCD吸收电路、有源箝位电路和无源箝位电路等。其中，有损RCD吸收电路结构简单，成本较低，易于实现，但是漏感中的能量全部消耗在了缓冲电阻中，降低了反激变换器的效率，适用于对效率要求不高且成本较低的场合；无损LCD吸收电路效率高，较有损RCD吸收电路复杂一些，不适用于高频场合；有源箝位电路可以消除电压尖峰，提高系统效率，而且可以实现软开关；无源箝位电路没有增加有源开关，也能消除电压尖峰和提高效率，但闭环设计时较复杂且丧失了变压器原有的隔离性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏并网逆变器的反激变换器漏感能量吸收回馈电路，针对现有技术的不足，能有效地吸收回馈漏感能量、调节箝位电容电压、抑制主开关管电压尖峰、有效提高变换器效率。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种光伏并网逆变器的反激变换器漏感能量吸收回馈电路，其特征在于，它包括一吸收电路和一回馈电路，光伏并网逆变器的输入电压依次与所述回馈电路和吸收电路电气连接，所述吸收电路的输入端通过一主功率开关管连接到光伏并网逆变器的高频隔离变压器的原边绕组，光伏并网逆变器的高频隔离变压器的副边绕组连接到逆变并网电路中。
在本发明的一个实施例中，所述吸收电路包括一二极管和一箝位电容，所述二极管的负极与所述箝位电容的一端互相连接并连接到所述回馈电路的输入端，所述二极管的正极与光伏并网逆变器的高频隔离变压器的原边绕组电气连接，所述箝位电容的另一端通过主功率开关管与所述二极管的正极电气连接。
在本发明的一个实施例中，所述回馈电路为一单端反激电路。
进一步，所述回馈电路包括一高频变压器、一功率开关管和一整流二极管，所述高频变压器的副边绕组的一端通过所述整流二极管与光伏并网逆变器的输入电压电气连接，所述高频变压器的原边绕组的一端与所述吸收电路的输出端连接，所述高频变压器的原边绕组的另一端通过所述功率开关管与所述高频变压器的副边绕组的另一端互相连接并通过主功率开关管与光伏并网逆变器的高频隔离变压器的原边绕组电气连接。
本发明的光伏并网逆变器的反激变换器漏感能量吸收回馈电路具有如下特点和技术效果：
(1)吸收回路与光伏并网逆变器中的主电路相互独立，可以有多种控制方式；
(2)实现了主功率开关管电压箝位，消除了主功率开关管的电压尖峰；
(3)回馈电路吸收漏感能量可以再利用，提高了反激变换器的效率。
本发明的光伏并网逆变器的反激变换器漏感能量吸收回馈电路，由吸收电路吸收光伏并网逆变器主电路中的高频隔离变压器的漏感能量并通过回馈电路回馈到光伏并网逆变器的输入端，同时调节箝位电容的电压，使箝位电容电压跟随光伏并网逆变器的输入电压与逆变并网电路的电网电压反射电压之和，以保证光伏并网逆变器的主电感能量不被吸收，同时，抑制了主功率开关管的电压尖峰，有效地提高了反激变换器的效率，实现本发明的目的。
本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
附图说明
图1是应用本发明反激变换器漏感能量吸收回馈电路的光伏并网逆变电路的电路原理图；
图2a是本发明的反激变换器在主功率开关管开通时的实际工作电路图；
图2b是本发明的反激变换器在主功率开关管关断时的实际工作电路图；
图3a是本发明的回馈电路的功率开关管开通时的实际工作电路图；
图3b是本发明的回馈电路的功率开关管关断时的实际工作电路图；
图4是本发明的反激变换器漏感能量吸收回馈电路的控制框图。
附图标记
10-漏感能量吸收电路；20-漏感能量回馈电路；PV为光伏电池组；C为输入电容；Da为吸收电路中二极管；Ca为吸收电路的箝位电容；Ta为回馈电路中单端反激电路的高频变压器；Npa为高频变压器Ta的原边绕组；Nsa为高频变压器Ta的副边绕组；Dao为回馈电路中单端反激电路的整流二极管；Sa为回馈电路中单端反激电路的功率开关管；T为高频隔离变压器；Np为高频变压器T的原边绕组；Ns为高频变压器T的副边绕组；Do为副边电路整流二极管；Co为输出滤波电容；Ro为输出负载；uin-输入电压；uG-高频隔离变压器T副边电压；N＝Ns：Np；uca-箝位电容电压uGSa-功率开关管Sa的驱动电压。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例
如图1所示，是一种应用反激变换器漏感能量吸收回馈电路的光伏并网逆变电路的电路原理图，其结构包括原边电路、高频变压器T和副边电路，其中：原边电路包括光伏电池组PV、输入电容C、本发明的反激变换器漏感能量吸收回馈电路和主功率开关管S构成；高频隔离变压器T由原边绕组Np和副边绕组Ns构成；副边电路由整流二极管Do、输出滤波电容Co和逆变并网电路构成。
本发明的反激变换器漏感能量吸收回馈电路它包括一吸收电路10和一回馈电路20，光伏并网逆变器的输入电压uin依次通过光伏电池组PV和输入电容C与回馈电路20和吸收电路10电气连接，吸收电路10的输入端通过主功率开关管S连接到光伏并网逆变器的高频隔离变压器T的原边绕组Np，光伏并网逆变器的高频隔离变压器T的副边绕组Ns通过整流二极管Do和输出滤波电容Co连接到逆变并网电路中。
吸收电路10包括二极管Da和箝位电容Ca，二极管Da的负极与箝位电容Ca的一端互相连接并连接到回馈电路20的高频变压器Ta的原边绕组Npa的一端，二极管Da的正极与光伏并网逆变器的高频隔离变压器T的原边绕组Np电气连接，箝位电容Ca的另一端通过主功率开关管S与光伏并网逆变器的高频隔离变压器T的原边绕组Np电气连接。
回馈电路20实际上为一单端反激电路，回馈电路20包括高频变压器Ta、功率开关管Sa和整流二极管Dao，高频变压器Ta的副边绕组Nsa的一端通过整流二极管Dao与光伏并网逆变器的输入电压uin、光伏电池组PV和输入电容C电气连接，高频变压器Ta的原边绕组Npa的一端与吸收电路10的二极管Da的负极与箝位电容Ca的一端互相连接，高频变压器Ta的原边绕组Npa的另一端通过功率开关管Sa与高频变压器Ta的副边绕组Nsa的另一端互相连接并通过主功率开关管S与光伏并网逆变器的高频隔离变压器T的原边绕组Np电气连接。
吸收电路10的二极管Da与副边电路中的整流二极管Do基本同步导通，漏感能量被箝位电容Ca吸收，而主电感能量则完全被耦合输出到副边。由于该部分电路与主电路相互独立，控制电路互不影响，因此可以采取多种控制方式，如固定开通时间变关断时间或者固定关断时间变开通时间的变频控制，也可以采用固定开关频率控制。在回馈吸收漏感能量的同时，可以调节箝位电容Ca的电压，使箝位电容Ca电压跟随输入电压与电网电压反射电压之和，实现了主功率开关管S电压箝位。漏感能量吸收回馈电路抑制了主功率开关管S的电压尖峰，同时实现了漏感能量的回收利用，提高了反激变换器的整体效率。
由于本发明主要探讨反激变换器漏感能量吸收回馈电路，在此对逆变并网电路的具体实施方式不作太多叙述。
本发明的反激变换器漏感能量吸收回馈电路的工作过程和控制原理如下：
主功率开关管S开通时，高频隔离变压器T电感储存能量，副边电路中的整流二极管Do截止，此时，通过输出滤波电容Co往外释放能量。二极管Da因反偏而截止，漏感能量吸收回馈电路不工作，如图2a所示。
当主功率开关管S关断后，吸收电路10开始工作，主功率开关管S关断时，副边电路中的整流二极管Do导通，储存在电感中的能量经整流二极管Do、输出滤波电容Co释放，给输出滤波电容Co充电。此时，由于吸收电路10的二极管Da与副边电路中的整流二极管Do同步导通，二极管Da也导通，漏感能量吸收回馈电路开始工作，如图2b所示。也即漏感能量吸收回馈电路只有在主功率开关管S关断时才会工作，箝位电容Ca只吸收漏感的能量。
由于回馈电路20是由单端反激电路构成，所以随着功率开关管Sa的开通与关断，也存在两种工作模式：
功率开关管Sa开通时，整流二极管Dao截止，主电路变压器的漏感能量储存在吸收回路10中反激变换器电感中，如图3a所示。
功率开关管Sa关断时，整流二极管Dao导通，储存在反激变换器的漏感能量经整流二极管Dao回馈到输入端，如图3b所示。
由于漏感能量回馈电路以箝位电容Ca的电压跟随输入电压与电网电压反射电压之和为控制目标，与主电路相互独立。因此，控制电路互不影响，可以采取多种控制方式，如固定开通时间变关断时间或者固定关断时间变开通时间的变频控制，也可以采用固定开关频率控制。
图4给出了采用固定开关频率控制时的控制框图，其中，uin-输入电压；uG-主电路变压器副边电压；N＝Ns：Np；uca-箝位电容电压；uGSa-功率开关管Sa的驱动电压。
箝位电容Ca电压与电压给定比较得到的误差信号经PI调节器得到控制电压，控制电压与三角载波比较得到功率开关管Sa的驱动占空比信号，进而调节箝位电压uca的值。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种光伏并网逆变器的反激变换器漏感能量吸收回馈电路，其特征在于，它包括一吸收电路和一回馈电路，光伏并网逆变器的输入电压依次与所述回馈电路和吸收电路电气连接，所述吸收电路的输入端通过一主功率开关管连接到光伏并网逆变器的高频隔离变压器的原边绕组，光伏并网逆变器的高频隔离变压器的副边绕组连接到逆变并网电路中。
2.如权利要求1所述的反激变换器漏感能量吸收回馈电路，其特征在于，所述吸收电路包括一二极管和一箝位电容，所述二极管的负极与所述箝位电容的一端互相连接并连接到所述回馈电路的输入端，所述二极管的正极与光伏并网逆变器的高频隔离变压器的原边绕组电气连接，所述箝位电容的另一端通过主功率开关管与所述二极管的正极电气连接。
3.如权利要求1所述的反激变换器漏感能量吸收回馈电路，其特征在于，所述回馈电路为一单端反激电路。
4.如权利要求3所述的反激变换器漏感能量吸收回馈电路，其特征在于，所述回馈电路包括一高频变压器、一功率开关管和一整流二极管，所述高频变压器的副边绕组的一端通过所述整流二极管与光伏并网逆变器的输入电压电气连接，所述高频变压器的原边绕组的一端与所述吸收电路的输出端连接，所述高频变压器的原边绕组的另一端通过所述功率开关管与所述高频变压器的副边绕组的另一端互相连接并通过主功率开关管与光伏并网逆变器的高频隔离变压器的原边绕组电气连接。
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