CN102122891A - 变压器漏感能量的吸收回馈电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于直流-直流转换器中的变压器漏感能量的吸收回馈电路，包括：漏感吸收电路，与变压器的主边线圈相连接；漏感回馈电路，分别与所述漏感吸收电路和所述转换器的直流输入端相连接；钳位电容电压检测元件，与所述漏感吸收电路相连接；和漏感回馈开关控制电路，分别与所述钳位电容电压检测元件和漏感回馈电路相连接。本发明还提供一种直流-直流转换器。本发明在构成光伏逆变器的直流-直流转换器中加入了用于变压器漏感能量的吸收回馈电路，能够尽可能地将该漏感能量吸收并回馈给直流输入端，降低了由于变压器的漏感而造成的能量损失，提高了光伏逆变器的能量转换效率。

Description

变压器漏感能量的吸收回馈电路

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体来说，涉及一种用于直流-直流转换器中的变压器漏感能量的吸收回馈电路。

背景技术

在太阳能光伏科技领域中，通常需要使用光伏逆变器将太阳能电池获得的直流电力转换成可并网输出的交流电力，其一般由包含变压器的升压回路(即直流-直流转换器)和逆变桥式回路(即直流-交流转换器)构成。该直流-直流转换器把太阳能电池的直流电压升高到光伏逆变器的输出控制所需要的直流电压；而该直流-交流转换器则把升压后的直流电压等价地转换成常用频率的交流电压。

图1为现有技术的包含变压器的直流-直流转换器的示意图。如图所示，通常光伏逆变器使用变压器T将输入电压升高。在变压器T的工作中，其主边线圈T1的电流产生与副边线圈TN耦合的磁通。但是，由于磁场是在一定的空间内存在的，其磁力线可以弥散在一个很大的空间内，不一定都会回到副边线圈TN中而泄漏到变压器T的线圈外面，造成漏感。该漏感能量无法再传输到副边线圈TN。因此，当开关管Q关断时，通过主边线圈T1的电流会快速地变化，在该开关管Q的两端产生电压脉冲，而过高的电压脉冲可能损坏开关管。

为了降低该开关管Q的两端的电压脉冲，现有技术通常将RCD电路(包括电阻Rs、电容Cs和二极管Ds)与变压器的主边线圈T1连接，电容Cs会由通过二极管Ds的电流吸收变压器的漏感能量，然后通过与之并联的电阻Rs消耗掉。但是这种设计完全浪费了该漏感能量，漏感能量的消耗降低了光伏逆变器的能量转换效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于直流-直流转换器中的变压器漏感能量的吸收回馈电路，在所述转换器中吸收回馈漏感能量，降低由于变压器的漏感而造成的能量损失，提高光伏逆变器的能量转换效率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于直流-直流转换器中的变压器漏感能量的吸收回馈电路，包括：

漏感吸收电路，与变压器的主边线圈相连接，用于吸收并存储从所述变压器的主边线圈泄漏的漏感能量；

漏感回馈电路，分别与所述漏感吸收电路和所述转换器的直流输入端相连接，用于将所述漏感能量回馈到所述转换器的直流输入端；

钳位电容电压检测元件，与所述漏感吸收电路相连接，输出所述漏感吸收电路中的钳位电容电压；和

漏感回馈开关控制电路，分别与所述钳位电容电压检测元件和漏感回馈电路相连接，用于根据所述转换器的输入电压、输出电压和所述钳位电容电压生成驱动信号，控制所述漏感回馈电路。

可选地，所述漏感吸收电路包括：

钳位二极管，其输入端与所述变压器的主边线圈相连接，用于传输从所述变压器的主边线圈泄漏的漏感能量；和

钳位电容，与所述钳位二极管的输出端相连接，用于吸收并存储所述漏感能量。

可选地，所述漏感回馈开关控制电路包括：

参考电压计算单元，用于根据所述转换器的输入电压和输出电压计算出参考电压；和

驱动信号生成单元，分别与所述参考电压计算单元和钳位电容电压检测元件相连接，用于根据所述参考电压和所述钳位电容电压的采样信号生成所述驱动信号。

可选地，所述参考电压的计算公式为Vref＝A*(Vin+B*Vout*Sinωt)，其中Vref为参考电压，Vin为所述转换器的输入电压，Vout为所述转换器的输出电压，A、B为根据需求确定的参数。

可选地，所述驱动信号生成单元计算所述参考电压与所述钳位电容电压之间的差值，并对所述差值进行比例积分，获得比例积分调节的输出值，将其与漏感回馈开关控制电路内产生的锯齿波信号进行比较，生成所述驱动信号。

可选地，所述漏感回馈电路包括：

回馈开关管，其漏极与所述钳位电容相连接，栅极与所述驱动信号生成单元相连接，用于控制所述漏感吸收电路中的漏感能量回馈到所述直流输入端；

回馈线圈；和

回馈二极管，所述回馈线圈与所述回馈二极管串联，其连接点与所述回馈开关管的源极相连接。

本发明还提供一种直流-直流转换器，包括：

变压器，具有主边线圈和副边线圈；

开关管，与所述变压器的主边线圈相连；以及

漏感能量的吸收回馈电路；所述吸收回馈电路包括：

漏感吸收电路，与变压器的主边线圈相连接，用于吸收并存储从所述变压器的主边线圈泄漏的漏感能量；

漏感回馈电路，分别与所述漏感吸收电路和所述转换器的直流输入端相连接，用于将所述漏感能量回馈到所述转换器的直流输入端；

钳位电容电压检测元件，与所述漏感吸收电路相连接，输出所述漏感吸收电路中的钳位电容电压；和

漏感回馈开关控制电路，分别与所述钳位电容电压检测元件和漏感回馈电路相连接，用于根据所述转换器的输入电压、输出电压和所述钳位电容电压生成驱动信号，控制所述漏感回馈电路。

可选地，所述漏感吸收电路包括：

钳位二极管，其输入端与所述变压器的主边线圈相连接，用于传输从所述变压器的主边线圈泄漏的漏感能量；和

钳位电容，与所述钳位二极管的输出端相连接，用于吸收并存储所述漏感能量。

可选地，所述漏感回馈开关控制电路包括：

参考电压计算单元，用于根据所述转换器的输入电压和输出电压计算出参考电压；和

驱动信号生成单元，分别与所述参考电压计算单元和钳位电容电压检测元件相连接，用于根据所述参考电压和所述钳位电容电压的采样信号生成所述驱动信号。

可选地，所述参考电压的计算公式为Vref＝A*(Vin+B*Vout*Sinωt)，其中Vref为参考电压，Vin为所述转换器的输入电压，Vout为所述转换器的输出电压，A、B为根据需求确定的参数。

可选地，所述驱动信号生成单元计算所述参考电压与所述钳位电容电压之间的差值，并对所述差值进行比例积分，获得比例积分调节的输出值，将其与漏感回馈开关控制电路内产生的锯齿波信号进行比较，生成所述驱动信号。

可选地，所述漏感回馈电路包括：

回馈开关管，其漏极与所述钳位电容相连接，栅极与所述驱动信号生成单元相连接，用于控制所述漏感吸收电路中的漏感能量回馈到所述直流输入端；

回馈线圈；和

回馈二极管，所述回馈线圈与所述回馈二极管串联，其连接点与所述回馈开关管的源极相连接。

本发明还提供一种直流-直流转换器中变压器漏感能量的吸收回馈方法，所述直流-直流转换器包括变压器，所述吸收回馈方法包括：

A.通过钳位电容存储所述转换器的漏感能量；

B.获得所述钳位电容上的钳位电容电压；

C.根据所述转换器的输入电压和输出电压获得参考电压；

D.获得所述参考电压与所述钳位电容电压之间的差值；

E.对所述差值进行比例积分，获得比例积分调节的输出值；

F.在漏感回馈开关控制电路内产生一定频率的锯齿波信号；

G.将所述比例积分调节的输出值与所述锯齿波信号的值进行比较，生成所述漏感回馈电路中的回馈开关管的驱动信号；

H.将所述漏感吸收电路中存储的漏感能量回馈到所述直流输入端。

可选地，所述步骤G进一步包括：

当所述比例积分调节的输出值大于所述锯齿波信号的值，则所述漏感回馈开关控制电路输出0；

当所述比例积分调节的输出值小于所述锯齿波信号的值，则所述漏感回馈开关控制电路输出1，形成方波驱动信号。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明在构成光伏逆变器的直流-直流转换器中加入了用于变压器漏感能量的吸收回馈电路，能够尽可能地将该漏感能量吸收并回馈给直流输入端，降低了由于变压器的漏感而造成的能量损失，提高了光伏逆变器的能量转换效率。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，在附图中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为现有技术的包含变压器的直流-直流转换器的示意图；

图2为本发明一个实施例的包含变压器漏感能量的吸收回馈电路的直流-直流转换器的示意图；

图3为本发明一个实施例的利用所述吸收回馈电路对变压器漏感能量进行吸收回馈的方法流程图；

图4为本发明一个实施例的生成回馈开关管的驱动信号的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

图2为本发明一个实施例的包含变压器漏感能量的吸收回馈电路的直流-直流转换器的示意图。如图所示，所述变压器漏感能量的吸收回馈电路可以包括：

漏感吸收电路203，与变压器的主边线圈205相连接，用于吸收并存储从所述变压器的主边线圈205泄漏的漏感能量；

漏感回馈电路201，分别与所述漏感吸收电路203和所述转换器200的直流输入端PV相连接，用于将所述漏感能量回馈到所述转换器200的直流输入端PV；

钳位电容电压检测元件209，与所述漏感吸收电路203相连接，输出所述漏感吸收电路203中的钳位电容电压Vc；和

漏感回馈开关控制电路207，分别与所述钳位电容电压检测元件209和漏感回馈电路201相连接，用于根据所述转换器200的输入电压Vin、输出电压Vout和所述钳位电容电压Vc生成驱动信号，控制所述漏感回馈电路201。

在本实施例中，所述漏感吸收电路203可以包括：

钳位二极管D_clamp，其输入端与所述变压器的主边线圈205相连接，用于传输从所述变压器的主边线圈205泄漏的漏感能量；和

钳位电容C_clamp，与所述钳位二极管D_clamp的输出端相连接，用于吸收并存储所述漏感能量。

在本实施例中，所述漏感回馈开关控制电路207可以包括：

参考电压计算单元211，用于根据所述转换器200的输入电压Vin和输出电压Vout计算出参考电压Vref；和

驱动信号生成单元213，分别与所述参考电压计算单元211和钳位电容电压检测元件209相连接，用于根据所述参考电压Vref和所述钳位电容电压Vc的采样信号生成所述驱动信号。

在本实施例中，参考电压Vref的计算公式为Vref＝A*(Vin+B*Vout*Sinωt)，其中Vref为参考电压，Vin为所述转换器200的输入电压，Vout为所述转换器200的输出电压，A、B为根据需求确定的参数。

在本实施例中，所述驱动信号生成单元211计算所述参考电压Vref与所述钳位电容电压Vc之间的差值Ve，并对所述差值Ve进行比例积分，获得比例积分调节的输出值V1，将其与漏感回馈开关控制电路207内产生的锯齿波信号进行比较，生成所述驱动信号。

在本实施例中，所述漏感回馈电路201可以包括：

回馈开关管Q_fb，其漏极与所述钳位电容C_clamp相连接，栅极与所述驱动信号生成单元213相连接，用于控制所述漏感吸收电路203中的漏感能量回馈到所述直流输入端PV；

回馈线圈L_fb；和

回馈二极管D_fb，所述回馈线圈L_fb与所述回馈二极管D_fb串联，其连接点与所述回馈开关管Q_fb的源极相连接。

在本实施例中，所述漏感回馈开关控制电路207可以为CPU、DSP、FPGA或者MPU，优选为FPGA，用于计算参考电压Vref和生成回馈开关管Q_fb的驱动信号。

在本实施例中，所述钳位二极管C_clamp可以为一路输入、两路输入或者更多路输入，这可以取决于变压器的主边线圈205的组成结构(即有几组并联的电感绕组，虽然在本实施例中只有一个电感绕组L，但是其也可以有两个或者更多个)。

在本发明中，所述漏感回馈电路201调节钳位电容C_clamp的电压，使钳位电容电压Vc跟随参考电压Vref，从而抑制了变压器的主边线圈205的开关管Q关断时的尖峰电压；同时，也可以使钳位二极管D_clamp与主电路的副边线圈215的输出二极管D同步导通。因此，只有漏感的能量被所述钳位电容C_clamp吸收，而励磁电感中的能量则被充分地耦合到所述副边线圈215(在本实施例中，相应地由与主边线圈205中电感绕组L相耦合的一个电感绕组L′组成)中，经过滤波电容Co的滤波后，将电压输出。而储存在所述钳位电容C_clamp中的漏感能量可以通过所述漏感回馈电路201回馈到输入电容C_PV中，从而达到针对所述漏感能量的吸收回馈的功能。

图3为本发明一个实施例的利用所述吸收回馈电路对变压器漏感能量进行吸收回馈的方法流程图。如图所示，可以包括：

执行步骤S301，通过钳位电容C_clamp存储所述转换器200的漏感能量；

执行步骤S302，获得所述钳位电容C_clamp上的钳位电容电压Vc；

执行步骤S303，根据所述转换器200的输入电压Vin和输出电压Vout获得参考电压Vref，所述Vref＝A*(Vin+B*Vout*Sinωt)，A、B为根据需求确定的参数；

执行步骤S304，获得所述参考电压Vref与所述钳位电容电压Vc之间的差值Ve；

执行步骤S305，对所述差值Ve进行比例积分，获得比例积分调节的输出值V1；

执行步骤S306，在漏感回馈开关控制电路207内产生一定频率的锯齿波信号401；

执行步骤S307，同时参考图4(所述图4为本发明一个实施例的生成回馈开关管的驱动信号的示意图)，将所述比例积分调节的输出值V1与所述锯齿波信号401的值进行比较，生成所述漏感回馈电路201中的回馈开关管Q_fb的驱动信号，即方波驱动信号403；

执行步骤S308，将所述漏感吸收电路203中存储的漏感能量回馈到所述直流输入端PV。

在本发明中，由钳位电容C_clamp吸收并存储漏感能量。随着所存储的漏感能量的增加，钳位电容电压Vc也随之上升。当漏感回馈开关控制电路207输出1时，回馈开关管Q_fb导通，存储在钳位电容C_clamp中的漏感能量通过电流传输到回馈线圈L_fb中，钳位电容电压Vc随之下降。当漏感回馈开关控制电路207输出0，回馈开关管Q_fb关断时，回馈二极管D_fb正向导通，回馈线圈L_fb内的漏感能量通过电流传输到输入电容C_PV中，而同时钳位电容吸收新的漏感能量，钳位电容电压Vc又随之上升。这样，通过适时地调节漏感回馈电路201中回馈开关管Q_fb的驱动信号，使得钳位电容电压Vc能够跟随参考电压Vref，而多出的漏感能量被即时地回馈到输入电容C_PV中。

在本实施例中，不断循环执行上述对变压器漏感能量的吸收回馈的步骤，直至所述漏感回馈电路201的一个开关周期结束而停止。

在本实施例中，所述锯齿波信号401的频率与所述采样动作的频率保持同步，所述锯齿波信号401在漏感回馈开关控制电路207内部表现为一个数字量，即在一定周期内(例如20μs)对一个寄存器的变量进行累加得到的数值。当所述比例积分调节的输出值V1大于所述锯齿波信号401的值，则所述漏感回馈开关控制电路207输出0；当所述比例积分调节的输出值V1小于所述锯齿波信号401的值，则所述漏感回馈开关控制电路207输出1，形成方波驱动信号403。

在本实施例中，所述步骤S302和步骤S303的先后顺序也可以互换，而不影响本发明的实际执行效果。

本发明在构成光伏逆变器的直流-直流转换器中加入了用于变压器漏感能量的吸收回馈电路，能够尽可能地将该漏感能量吸收并回馈给直流输入端，降低了由于变压器的漏感而造成的能量损失，提高了光伏逆变器的能量转换效率。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (14)

1.一种用于直流-直流转换器中的变压器漏感能量的吸收回馈电路，其特征在于，包括：

漏感吸收电路，与变压器的主边线圈相连接，用于吸收并存储从所述变压器的主边线圈泄漏的漏感能量；

漏感回馈电路，分别与所述漏感吸收电路和所述转换器的直流输入端相连接，用于将所述漏感能量回馈到所述转换器的直流输入端；

钳位电容电压检测元件，与所述漏感吸收电路相连接，输出所述漏感吸收电路中的钳位电容电压；和

漏感回馈开关控制电路，分别与所述钳位电容电压检测元件和漏感回馈电路相连接，用于根据所述转换器的输入电压、输出电压和所述钳位电容电压生成驱动信号，控制所述漏感回馈电路。

2.根据权利要求1所述的变压器漏感能量的吸收回馈电路，其特征在于，所述漏感吸收电路包括：

钳位二极管，其输入端与所述变压器的主边线圈相连接，用于传输从所述变压器的主边线圈泄漏的漏感能量；和

钳位电容，与所述钳位二极管的输出端相连接，用于吸收并存储所述漏感能量。

3.根据权利要求2所述的变压器漏感能量的吸收回馈电路，其特征在于，所述漏感回馈开关控制电路包括：

参考电压计算单元，用于根据所述转换器的输入电压和输出电压计算出参考电压；和

驱动信号生成单元，分别与所述参考电压计算单元和钳位电容电压检测元件相连接，用于根据所述参考电压和所述钳位电容电压的采样信号生成所述驱动信号。

4.根据权利要求3所述的变压器漏感能量的吸收回馈电路，其特征在于，所述参考电压的计算公式为Vref＝A*(Vin+B*Vout*Sinωt)，其中Vref为参考电压，Vin为所述转换器的输入电压，Vout为所述转换器的输出电压，A、B为根据需求确定的参数。

5.根据权利要求3所述的变压器漏感能量的吸收回馈电路，其特征在于，所述驱动信号生成单元计算所述参考电压与所述钳位电容电压之间的差值，并对所述差值进行比例积分，获得比例积分调节的输出值，将其与漏感回馈开关控制电路内产生的锯齿波信号进行比较，生成所述驱动信号。

6.根据权利要求3～5中任一项所述的变压器漏感能量的吸收回馈电路，其特征在于，所述漏感回馈电路包括：

回馈开关管，其漏极与所述钳位电容相连接，栅极与所述驱动信号生成单元相连接，用于控制所述漏感吸收电路中的漏感能量回馈到所述直流输入端；

回馈线圈；和

回馈二极管，所述回馈线圈与所述回馈二极管串联，其连接点与所述回馈开关管的源极相连接。

7.一种直流-直流转换器，包括：

变压器，具有主边线圈和副边线圈；

开关管，与所述变压器的主边线圈相连；以及

漏感能量的吸收回馈电路；所述吸收回馈电路包括：

漏感吸收电路，与变压器的主边线圈相连接，用于吸收并存储从所述变压器的主边线圈泄漏的漏感能量；

漏感回馈电路，分别与所述漏感吸收电路和所述转换器的直流输入端相连接，用于将所述漏感能量回馈到所述转换器的直流输入端；

钳位电容电压检测元件，与所述漏感吸收电路相连接，输出所述漏感吸收电路中的钳位电容电压；和

漏感回馈开关控制电路，分别与所述钳位电容电压检测元件和漏感回馈电路相连接，用于根据所述转换器的输入电压、输出电压和所述钳位电容电压生成驱动信号，控制所述漏感回馈电路。

8.根据权利要求7所述的直流-直流转换器，其特征在于，所述漏感吸收电路包括：

钳位二极管，其输入端与所述变压器的主边线圈相连接，用于传输从所述变压器的主边线圈泄漏的漏感能量；和

钳位电容，与所述钳位二极管的输出端相连接，用于吸收并存储所述漏感能量。

9.根据权利要求8所述的直流-直流转换器，其特征在于，所述漏感回馈开关控制电路包括：

参考电压计算单元，用于根据所述转换器的输入电压和输出电压计算出参考电压；和

驱动信号生成单元，分别与所述参考电压计算单元和钳位电容电压检测元件相连接，用于根据所述参考电压和所述钳位电容电压的采样信号生成所述驱动信号。

10.根据权利要求9所述的变压器漏感能量的吸收回馈电路，其特征在于，所述参考电压的计算公式为Vref＝A*(Vin+B*Vout*Sinωt)，其中Vref为参考电压，Vin为所述转换器的输入电压，Vout为所述转换器的输出电压，A、B为根据需求确定的参数。

11.根据权利要求9所述的变压器漏感能量的吸收回馈电路，其特征在于，所述驱动信号生成单元计算所述参考电压与所述钳位电容电压之间的差值，并对所述差值进行比例积分，获得比例积分调节的输出值，将其与漏感回馈开关控制电路内产生的锯齿波信号进行比较，生成所述驱动信号。

12.根据权利要求9～11中任一项所述的变压器漏感能量的吸收回馈电路，其特征在于，所述漏感回馈电路包括：

回馈开关管，其漏极与所述钳位电容相连接，栅极与所述驱动信号生成单元相连接，用于控制所述漏感吸收电路中的漏感能量回馈到所述直流输入端；

回馈线圈；和

回馈二极管，所述回馈线圈与所述回馈二极管串联，其连接点与所述回馈开关管的源极相连接。

13.一种直流-直流转换器中变压器漏感能量的吸收回馈方法，所述直流-直流转换器包括变压器，所述吸收回馈方法包括：

A.通过钳位电容存储所述转换器的漏感能量；

B.获得所述钳位电容上的钳位电容电压；

C.根据所述转换器的输入电压和输出电压获得参考电压；

D.获得所述参考电压与所述钳位电容电压之间的差值；

E.对所述差值进行比例积分，获得比例积分调节的输出值；

F.在漏感回馈开关控制电路内产生一定频率的锯齿波信号；

G.将所述比例积分调节的输出值与所述锯齿波信号的值进行比较，生成所述漏感回馈电路中的回馈开关管的驱动信号；

H.将所述漏感吸收电路中存储的漏感能量回馈到所述直流输入端。

14.根据权利要求13所述的对变压器漏感能量进行吸收回馈的方法，其特征在于，所述步骤G进一步包括：

当所述比例积分调节的输出值大于所述锯齿波信号的值，则所述漏感回馈开关控制电路输出0；

当所述比例积分调节的输出值小于所述锯齿波信号的值，则所述漏感回馈开关控制电路输出1，形成方波驱动信号403。

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