CN103391001A - 用于光伏逆变器mppt环节的高增益dcdc变换器 - Google Patents

用于光伏逆变器mppt环节的高增益dcdc变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN103391001A
CN103391001A CN2013103360786A CN201310336078A CN103391001A CN 103391001 A CN103391001 A CN 103391001A CN 2013103360786 A CN2013103360786 A CN 2013103360786A CN 201310336078 A CN201310336078 A CN 201310336078A CN 103391001 A CN103391001 A CN 103391001A
Authority
CN
China
Prior art keywords
inductance
power switch
gain
converter
dcdc converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2013103360786A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103391001B (zh
Inventor
蔡鹏�
王小峰
杨树
汤雨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
POWERWILL NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
POWERWILL NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by POWERWILL NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical POWERWILL NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201310336078.6A priority Critical patent/CN103391001B/zh
Publication of CN103391001A publication Critical patent/CN103391001A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103391001B publication Critical patent/CN103391001B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DCDC变换器，包括具有两个功率开关管的双管结构、直流电压源、输出功率二极管和滤波电容，直流电压源与双管结构的输入端相连接，输出功率二极管和滤波电容串联后与双管结构的输出端相连接，滤波电容为DCDC变换器的输出端，较佳的，设有耦合电感结构单元，形成耦合电感双管升压的变换模式，本发明能够将升压比提高到较高的水平，从而弥补传统Boost电路用于光伏逆变器的缺陷，且具有升压增益高，体积小，转换效率高，主功率开关管电压应力低的优点。

Description

用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DCDC变换器
 
技术领域
本发明涉及一种DCDC变换器，具体是涉及一种用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DCDC变换器。
 
背景技术
目前，分布式光伏发电的发展和应用已成为最有效的新能源应用方式之一。分布式光伏发电系统通常包括光伏电池板和离/并网光伏逆变器，其中光伏逆变器是实现将光伏电池输出的直流电转换为交流电的主要技术环节。一般光伏逆变器内部包括最大功率追踪（MPPT）环节和直流—交流（DCAC）逆变器环节。由于电池板单元电压较低，为了满足后级DCAC逆变的需要，前级MPPT环节通常需要采用高增益的直流—直流（DCDC）变换器大幅度的提升直流电压等级。 
光伏逆变器为了实现最大功率追踪（MPPT），一般前级需要采用DCDC变换器，将变化的光伏（PV）电压变换成一种稳定的输出电压以供后级DCAC逆变器工作，常采用的DCDC变换器主要是降压斩波器（Buck降压电路）和升压斩波器（Boost升压电路）等。其中Boost电路因为输入电流连续，工作电压范围宽，成为MPPT环节的首选。但传统的Boost电路本身的特点决定了其占空比不能过大（一般不超过70%），这导致Boost升压电路难以将单体的光伏电池的电压升压到较高的母线电压水平。这样，当PV电压较低时，将无法保证后级DCAC逆变器环节的正常工作。因此，需要更高增益的DCDC变换器应用于MPPT环节，但由此带来的较大的输入电流又要求选择低导通电阻的低压开关管以降低通态损耗，即要求开关管的电压应力低，所以如何提升变换器的电压增益同时降低开关管的电压应力，成为迫切需要解决的关键问题。
就现有技术而言，解决这一问题的方法大多是通过隔离型DC/DC变换器如推挽变换器等，这样形式的DC/DC变换器需要隔离采样、驱动，实现成本较高；此外，也有采用级联型变换器和开关电感/开关电容类变换器的，但是，级联型变换器由于需要逐级升高电压，因此结构较为复杂且效率低下，而开关电感/开关电容类变换器的增益有限，且功率开关管电压应力/电流应力较大。
 
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DCDC变换器，具有升压增益高，体积小，转换效率高，主功率开关管电压应力低的优点。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DCDC变换器，包括具有两个功率开关管的双管结构、直流电压源、输出功率二极管和滤波电容，所述直流电压源与所述双管结构的输入端相连接，所述输出功率二极管和所述滤波电容串联后与所述双管结构的输出端相连接，所述滤波电容为所述DCDC变换器的输出端，所述双管结构能够增加所述DCDC变换器的输出电压增益的同时，降低所述功率开关管的电压应力。
作为本发明的进一步改进，所述双管结构能够增加所述DCDC变换器的输出电压增益的同时，降低所述功率开关管的电压应力的结构是：所述双管结构包括第一电感、第二电感、第一功率开关管、第二功率开关管；其中，所述第一功率开关管的阳极、所述第一电感的一端分别与所述直流电压源的正极相连接，所述第一电感的另一端与所述第二功率开关管的阳极相连接，所述第二功率开关管的阴极、所述第二电感的一端分别与所述直流电压源的负极相连接，所述第二电感的另一端与所述第一功率开关管的阴极连接。
作为本发明的进一步改进，设有耦合电感结构单元，所述耦合电感结构单元取代所述第一电感，所述耦合电感结构单元包括：第一功率二极管、第二功率二极管和相互耦合的第三电感与第四电感；其中，所述第三电感、所述第四电感、所述第一功率二极管依次串联，来自所述直流电压源的正向电流流入所述第三电感和所述第四电感的同名端，且流入所述第一功率二极管的阳极，所述第二功率二极管的阳极接入所述第三电感和第四电感之间的连接点，所述第二功率二极管的阴极与所述第一功率二极管的阴极相连接。
作为本发明的进一步改进，所述第三电感和所述第四电感相互耦合，且正向电流同时流进所述第三电感与所述第四电感的同名端。
作为本发明的进一步改进，所述第一功率开关管为MOS管和IGBT管中的一种，所述第二功率开关管为MOS管和IGBT管中的一种。
本发明的有益效果是：本发明提供一种用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DCDC变换器，采用的耦合电感双管升压方案，是在传统的Boost升压电路上进行改进创新，通过耦合电感双管升压的变换模式，可以将升压比提高到较高的水平，从而弥补传统Boost升压电路用于光伏逆变器时的缺陷。此外，本发明具有升压增益高，体积小，转换效率高，主功率开关管电压应力低的优点。采用本发明技术方案，可以在电路成本和控制难度增加很小的情况下，使光伏逆变器具有更宽的MPPT范围，提高光伏逆变器配置的灵活性和应用范围。
 
附图说明
图1为本发明电路原理示意图；
图2为本发明在输入电压Vi=20V，第一功率开关管S1、第二功率开关管S2的占空比D=0.646，负载RL=200Ω，耦合电感匝比为1:1:2实验时，第一功率开关管电压的波形；
图3为本发明在输入电压Vi=20V，第一功率开关管S1、第二功率开关管S2的占空比D=0.646，负载RL=200Ω，耦合电感匝比为1:1:2实验时，第二功率开关管电压的波形；
图4为本发明在输入电压Vi=20V，第一功率开关管S1、第二功率开关管S2的占空比D=0.646，负载RL=200Ω，耦合电感匝比为1:1:2实验时，第三电感电流的波形；
图5为本发明在输入电压Vi=20V，第一功率开关管S1、第二功率开关管S2的占空比D=0.646，负载RL=200Ω，耦合电感匝比为1:1:2实验时，第四电感电流的波形；
图6为本发明在输入电压Vi=20V，第一功率开关管S1、第二功率开关管S2的占空比D=0.646，负载RL=200Ω，耦合电感匝比为1:1:2实验时，第二电感电流的波形；
图7为本发明在输入电压Vi=20V，第一功率开关管S1、第二功率开关管S2的占空比D=0.646，负载RL=200Ω，耦合电感匝比为1:1:2实验时，滤波电容电压的波形。
 
结合附图，作以下说明： 
Vi——直流电压源           D0——输出功率二极管
C——滤波电容              L2——第二电感
S1——第一功率开关管       S2——第二功率开关管
D1a——第一功率二极管       D1b——第二功率二极管
L1a——第三电感             L1b——第四电感
RL——负载                 Vo——滤波电容电压
具体实施方式
如图1所示，一种用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DCDC变换器，包括具有两个功率开关管的双管结构、直流电压源Vi、输出功率二极管D0和滤波电容C，直流电压源Vi与双管结构的输入端相连接，输出功率二极管D0和滤波电容C串联后与双管结构的输出端相连接，滤波电容C为DCDC变换器的输出端，负载RL并接在滤波电容C的输出端。
优选的，双管结构包括第一电感、第二电感L2、第一功率开关管S1、第二功率开关管S2；其中，第一功率开关管S1的阳极、第一电感的一端分别与直流电压源Vi的正极相连接，第一电感的另一端与第二功率开关管S2的阳极相连接，第二功率开关管S2的阴极、第二电感L2的一端分别与直流电压源Vi的负极相连接，第二电感L2的另一端与第一功率开关管S1的阴极连接。
优选的，设有耦合电感结构单元，耦合电感结构单元取代第一电感，耦合电感结构单元包括：第一功率二极管D1a、第二功率二极管D1b和相互耦合的第三电感L1a与第四电感L1b；其中，第三电感L1a、第四电感L1b、第一功率二极管D1a依次串联，来自直流电压源Vi的正向电流流入第三电感L1a和第四电感L1b的同名端，且流入第一功率二极管D1a的阳极，第二功率二极管D1b的阳极接入第三电感L1a与第四电感L1b之间的连接点，第二功率二极管D1b的阴极与第一功率二极管D1a的阴极相连接。
优选的，第三电感L1a和第四电感L1b相互耦合，且正向电流同时流进第三电感L1a与第四电感L1b的同名端。
优选的，第一功率开关管S1为MOS管和IGBT管中的一种，第二功率开关管S2为MOS管和IGBT管中的一种。
图2、图3、图4、图5、图6和图7为输入电压Vi=20V, 第一功率开关管S1和第二功率开关管S2的占空比D=0.5，负载RL=100Ω，耦合电感匝比为1:1:2时，第一功率开关管电压1、第二功率开关管电压、第三电感电流、第四电感电流、第二电感电流和输出滤波电容电压的波形。从图中可以看到第一功率开关管和第二功率开关管关断时功率开关管的电压应力小，耦合电感电流波形波动小且电感电流值小，滤波电容电压(即输出电压)有较大的电压增益。因此，本发明能够增加DCDC变换器的输出电压增益的同时，降低功率开关管的电压应力。具体实施时，可以选择电感值小且体积小的电感，且两个耦合电感电流大小相同，可以耦合在一个磁芯上进一步减小了升压变换器的体积。可见，本发明用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DCDC变换器具有较小的功率开关管电压应力和较大的电压增益，同时在保证高转换率的前提下减小了变换器体积。
综上所述，本发明提供一种用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DCDC变换器，采用的耦合电感双管升压方案，是在传统的Boost升压电路上进行改进创新，通过耦合电感双管升压的变换模式，可以将升压比提高到较高的水平，从而弥补传统Boost升压电路用于光伏逆变器时的缺陷。此外，本发明具有升压增益高，体积小，转换效率高，主功率开关管电压应力低的优点。采用本发明技术方案，可以在电路成本和控制难度增加很小的情况下，使光伏逆变器具有更宽的MPPT范围，提高光伏逆变器配置的灵活性和应用范围。
以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DCDC变换器，其特征在于：包括具有两个功率开关管的双管结构、直流电压源（Vi）、输出功率二极管（D0）和滤波电容（C），所述直流电压源与所述双管结构的输入端相连接，所述输出功率二极管和所述滤波电容串联后与所述双管结构的输出端相连接，所述滤波电容为所述DCDC变换器的输出端，所述双管结构能够增加所述DCDC变换器的输出电压增益的同时，降低所述功率开关管的电压应力。
2.根据权利要求1所述的用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DCDC变换器，其特征在于：所述双管结构能够增加所述DCDC变换器的输出电压增益的同时，降低所述功率开关管的电压应力的结构是：所述双管结构包括第一电感、第二电感（L2）、第一功率开关管（S1）、第二功率开关管（S2）；其中，所述第一功率开关管的阳极、所述第一电感的一端分别与所述直流电压源的正极相连接，所述第一电感的另一端与所述第二功率开关管的阳极相连接，所述第二功率开关管的阴极、所述第二电感的一端分别与所述直流电压源的负极相连接，所述第二电感的另一端与所述第一功率开关管的阴极连接。
3.根据权利要求2所述的用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DCDC变换器，其特征在于：设有耦合电感结构单元，所述耦合电感结构单元取代所述第一电感，所述耦合电感结构单元包括：第一功率二极管（D1a）、第二功率二极管（D1b）和相互耦合的第三电感（L1a）与第四电感（L1b）；其中，所述第三电感、所述第四电感、所述第一功率二极管依次串联，来自所述直流电压源的正向电流流入所述第三电感和所述第四电感的同名端，且流入所述第一功率二极管的阳极，所述第二功率二极管的阳极接入所述第三电感和所述第四电感之间的连接点，所述第二功率二极管的阴极与所述第一功率二极管的阴极相连接。
4.根据权利要求3所述的用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DCDC变换器，其特征在于：所述第三电感和所述第四电感相互耦合，且正向电流同时流进所述第三电感与所述第四电感的同名端。
5.根据权利要求1至4任一项所述的用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DCDC变换器，其特征在于：所述第一功率开关管为MOS管和IGBT管中的一种，所述第二功率开关管为MOS管和IGBT管中的一种。
CN201310336078.6A 2013-08-05 2013-08-05 用于光伏逆变器mppt环节的高增益dc/dc变换器 Expired - Fee Related CN103391001B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310336078.6A CN103391001B (zh) 2013-08-05 2013-08-05 用于光伏逆变器mppt环节的高增益dc/dc变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310336078.6A CN103391001B (zh) 2013-08-05 2013-08-05 用于光伏逆变器mppt环节的高增益dc/dc变换器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103391001A true CN103391001A (zh) 2013-11-13
CN103391001B CN103391001B (zh) 2016-02-10

Family

ID=49535186

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310336078.6A Expired - Fee Related CN103391001B (zh) 2013-08-05 2013-08-05 用于光伏逆变器mppt环节的高增益dc/dc变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103391001B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103618449A (zh) * 2013-11-15 2014-03-05 南京航空航天大学 带有电荷泵的三绕组耦合电感双管升压变换器
CN103944384A (zh) * 2014-04-18 2014-07-23 南京航空航天大学 耦合电感高增益有源网络升压变换器
CN105141160A (zh) * 2015-08-24 2015-12-09 苏州市博得立电源科技有限公司 一种车载电源光伏逆变器
CN108768172A (zh) * 2018-06-12 2018-11-06 西安空间无线电技术研究所 一种输入电流连续的平方高增益升压变换器
CN109742966A (zh) * 2018-12-27 2019-05-10 西安交通大学 一种基于开关电容的单相并网十五电平逆变器拓扑结构
CN111181392A (zh) * 2018-11-09 2020-05-19 天津大学青岛海洋技术研究院 宽电压范围输入型非隔离双开关宽增益升压直流变换器
CN111987924A (zh) * 2020-08-18 2020-11-24 国网福建省电力有限公司检修分公司 一种单级单相高增益组合式升压逆变电路及升压逆变方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000308337A (ja) * 1999-04-19 2000-11-02 Amada Eng Center Co Ltd 還流ダイオードの逆回復電流を防止した二相ｄｃ／ｄｃコンバータ
CN102751866A (zh) * 2012-07-02 2012-10-24 上海电力学院 适用于光伏发电系统的高增益dc-dc升压转换器
CN102946194A (zh) * 2012-12-12 2013-02-27 重庆大学 一种高增益交错并联升压型变换器
CN103066841A (zh) * 2013-01-28 2013-04-24 上海电力学院 一种基于电荷泵电容的倍压型直流变换器
CN203590033U (zh) * 2013-08-05 2014-05-07 江苏博纬新能源科技有限公司 用于光伏逆变器mppt环节的高增益dc/dc变换器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000308337A (ja) * 1999-04-19 2000-11-02 Amada Eng Center Co Ltd 還流ダイオードの逆回復電流を防止した二相ｄｃ／ｄｃコンバータ
CN102751866A (zh) * 2012-07-02 2012-10-24 上海电力学院 适用于光伏发电系统的高增益dc-dc升压转换器
CN102946194A (zh) * 2012-12-12 2013-02-27 重庆大学 一种高增益交错并联升压型变换器
CN103066841A (zh) * 2013-01-28 2013-04-24 上海电力学院 一种基于电荷泵电容的倍压型直流变换器
CN203590033U (zh) * 2013-08-05 2014-05-07 江苏博纬新能源科技有限公司 用于光伏逆变器mppt环节的高增益dc/dc变换器

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103618449A (zh) * 2013-11-15 2014-03-05 南京航空航天大学 带有电荷泵的三绕组耦合电感双管升压变换器
CN103944384A (zh) * 2014-04-18 2014-07-23 南京航空航天大学 耦合电感高增益有源网络升压变换器
CN105141160A (zh) * 2015-08-24 2015-12-09 苏州市博得立电源科技有限公司 一种车载电源光伏逆变器
CN108768172A (zh) * 2018-06-12 2018-11-06 西安空间无线电技术研究所 一种输入电流连续的平方高增益升压变换器
CN111181392A (zh) * 2018-11-09 2020-05-19 天津大学青岛海洋技术研究院 宽电压范围输入型非隔离双开关宽增益升压直流变换器
CN111181392B (zh) * 2018-11-09 2023-06-30 天津大学青岛海洋技术研究院 宽电压范围输入型非隔离双开关宽增益升压直流变换器
CN109742966A (zh) * 2018-12-27 2019-05-10 西安交通大学 一种基于开关电容的单相并网十五电平逆变器拓扑结构
CN111987924A (zh) * 2020-08-18 2020-11-24 国网福建省电力有限公司检修分公司 一种单级单相高增益组合式升压逆变电路及升压逆变方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103391001B (zh) 2016-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201656768U (zh) 耦合电感实现高增益倍压升压型变换器
CN103391001B (zh) 用于光伏逆变器mppt环节的高增益dc/dc变换器
CN101867297B (zh) 用于分布式光伏发电的单相软开关高增益升压型变换器
CN203233309U (zh) 三绕组耦合电感实现高增益高效率升压型变换器
CN101860192A (zh) 一种三态三电平pfc电路及多态三电平pfc电路
CN103780086B (zh) 基于耦合电感倍压结构的双输出母线型高增益变换器
CN101895223A (zh) 双Cuk升降压输出并联型逆变器
CN103997248A (zh) 具有高电压增益的开关耦合电感软开关单级可升压逆变器
CN103560666A (zh) 具有低纹波的四开关升降压变换器及其控制方法
CN103986330A (zh) 一种适用于高压大功率场合的谐振升压直/直变换器及其控制方法
CN106130064A (zh) 一种光伏微型逆变器
CN105939108A (zh) 一种开关电感型准开关升压dc-dc变换器
CN103066834A (zh) 一种交错并联高增益升压型直流变换器
CN103414338B (zh) 双向dcdc变换电路和变换装置
CN102751866A (zh) 适用于光伏发电系统的高增益dc-dc升压转换器
CN203590033U (zh) 用于光伏逆变器mppt环节的高增益dc/dc变换器
CN203911753U (zh) 零电压关断交错并联式dc/dc变换器
CN103138575A (zh) 带缓冲吸收电路的箝位式Boost变换器
CN103944384A (zh) 耦合电感高增益有源网络升压变换器
CN106787900A (zh) 升压并网逆变器及其控制方法
CN103337957B (zh) 一种低纹波四开关升降压直流变换器及其控制方法
CN203457047U (zh) 一种四开关升降压直流变换器
CN103746556A (zh) 基于耦合电感的直流模块用高升压比变换器
CN203608084U (zh) 具有低纹波的四开关升降压变换器
CN203457048U (zh) 一种低纹波四开关升降压直流变换器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160210

Termination date: 20190805