CN104485831B - 反激变压器漏感能量吸收回馈电路的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种反激变压器漏感能量吸收和回馈电路及其控制方法，漏感能量吸收和回馈电路集成在一起，仅由一个钳位管S_c和一个钳位电容C_c构成，结构简单可靠。其控制方法为，钳位管在反激主管关断后导通时间T_c，T_c为漏感和钳位电容谐振周期的一半，远小于主管的关断时间。通过钳位电容和漏感的谐振将钳位电容吸收到的漏感能量释放到主功率电路中，有效减小了反激电路主管的关断电压尖峰，提高了反激变换器的效率。同时由于钳位管与主管的非互补导通，钳位管导通时间远小与主管关断时间，因而该吸收和回馈电路不影响主管的开关过程，适用于任何工作模式的反激电路。采用本发明方案的微型光伏并网逆变器，其电路可靠性和效率都得到了极大的提升。

Description

反激变压器漏感能量吸收回馈电路的控制方法

技术领域

本发明涉及光伏并网发电领域中反激变压器漏感能量的吸收和回馈电路及其控制方法。

背景技术

微型并网光伏逆变器提升了光伏组件功率失配、阴影等情况下系统的发电效率，且同时兼具安全、能实现组件级的监控等优势，在户用型的光伏并网系统中得到了光伏的应用。

微型并网光伏逆变器一般安装在组件下方的支架上，或直接安装在组件的边框上，维修及其麻烦，因而需要其具有跟组件一样的寿命和可靠性。此外由于微逆在户外运行，环境温度最高可达65℃，出于可靠性的考虑，一般都是自然散热，因而需要微逆具有非常高的效率才能在65℃的环境下可靠运行。

反激变换器由于结构简单，工作可靠，且输入、输出电气隔离。在目前的微型光伏并网逆变器中得到了广泛的应用。尤其是临界断续工作模式的反激变换器，由于能够实现开关管的ZVS软开关，更是得到了各个微型逆变器生产厂商的青睐。

目前业界采用临界断续工作模式反激电路的微型光伏并网逆变器效率一般能做到95％，比传统的组串式逆变器的效率要低1-2个百分点。目前反激方案效率难以提升的一大原因是反激变压器漏感的损耗大，反激变压器的漏感一般会占到励磁电感的1％-2％，漏感的能量如果不做任何处理，就会以热的形式耗散掉，且会在反激主开关管上产生很高的关断电压尖峰，增加了开关管的电压应力，严重影响了微型逆变器的可靠运行。

所以，反激变压器的漏感能量吸收和回馈电路是及其必要的，它将漏感能量吸收并释放到主功率电路中，消除了反激主开关管的关断电压尖峰，因而能有效的提升目前微型光伏并网逆变器的效率及其可靠性。目前现有的方案有无源RCD吸收耗散方案、无源LCD吸收回馈方案、传统有源钳位方案、无源钳位+有源吸收方案等。其中无源RCD吸收耗散方案，只能吸收将吸收到的漏感能量耗散掉，减小主开关管的电压应力，不能回馈漏感能量，无法提升效率；有源LCD吸收回馈方案结构相对复杂，实现困难。传统有源钳位方案由于主管和钳位管互补导通，钳位管会影响主管的工作状态，反激电路不能工作在断续和临界断续模式，因而不能应用到目前广泛应用的临界断续反激方案中；无源钳位+有源吸收方案中有源吸收电路一般由buck或反激电路构成，拓扑结构和控制方法都很复杂，且回馈时buck和反激电路效率并不高，吸收效果不佳。

发明内容

本发明所要解决的现有技术的上述问题，提供一种迄今为止最通用且简单、可靠、高效的反激变压器漏感能量吸收和回馈电路以及其控制方法。

本发明适用于连续、断续、临界断续等工作模式下的反激电路，解决了现有临界断续工作模式反激变压器漏感能量吸收和回馈电路及其控制过于复杂的问题，提高了反激电路的可靠性及效率。

本发明解决上述所说技术问题所采用的技术方案是:反激变压器漏感能量吸收和回馈电路一体，仅由一个钳位管和一个钳位电容构成。钳位管和主管非互补导通控制，使得该吸收和回馈方案能够适用断续和临界断续(准谐振)工作模式反激电路。

一种反激变压器漏感能量吸收和回馈电路，其特征在于吸收和回馈电路集成一体，仅由一个钳位管和一个钳位电容构成。钳位管源极和反激主管漏极相连，钳位管漏极和钳位电容相连。钳位管提供漏感能量吸收和释放的通道，钳位电容则是漏感能量暂时存储的介质。

所述反激变压器漏感能量吸收和回馈电路钳位管可采用N沟道MOSFET，也可采用P沟道MOSFET。

本发明还提供上述吸收和回馈电路的控制方法，其特征在于钳位管和主管非互补导通。钳位管只在主管关断后导通短暂时间T_c,该时间远小于主管的关断时间。在这段时间内，通过钳位电容和漏感的谐振将钳位电容吸收到的漏感能量释放到输入电容和输出电容中去。

钳位管的导通时间可以通过以下公式求得：

$T_c=\mathrm{\π}\sqrt{L_k\·C_c}$

其中L_k为漏感感值，C_c为钳位电容容值。

本发明所述的控制方法中，钳位管在主管关断后短暂时间T_c就将漏感能量吸收以及释放到主功率电路，随后钳位管就关断，不干涉断续和临界断续模式反激变换器励磁电感电流复位到零后，励磁电感与结电容的谐振过程。因而本发明提供的反激变压器漏感能量吸收和回馈电路机器控制方法适用于各种工作模式的反激电路。

本发明的反激变压器漏感能量吸收回馈电路及控制方法具有以下技术优势：

1、吸收和回馈电路一体，简单可靠

2、钳位管的开关不影响主管的工作，适用断续、临界断续、连续工作模式反激电路

3、漏感能量被钳位电容可靠吸收，消除了反激电路主功率管的电压尖峰，提高了反激电路的可靠性

4、钳位电容吸收到的漏感能量能完全释放到主功率电路，提高了反激电路的效率

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1a、图1b、图1c为应用本发明反激变换器漏感能量吸收和回馈电路的微型光伏并网逆变器电路原理图。

图1a为本发明第一实施例

图1b为本发明的第二实施例

图1c为本发明的第三实施例

图2为本发明吸收回馈电路钳位管驱动信号的生成框图。

图3为一个开关周期，反激电路主管、钳位管的驱动信号以及漏感电流和钳位电容电压的波形图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例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1a为本发明的第一实施例，图中100电路为本发明提出的漏感能量吸收和回馈电路，由N沟道MOSFET钳位管S_c和钳位电容C_c构成。钳位管的源极与反激电路主管S_m的漏极相连，钳位管的漏极和钳位电容C_c的正极相连，钳位电容C_c的负极和反激电路输入端的地相连。

图1b为本发明的第二实施例，图中101电路为本发明提出的漏感能量吸收和回馈电路，由N沟道MOSFET钳位管S_c和钳位电容C_c构成。钳位管的源极与反激电路主管S_m的漏极相连，钳位管的漏极和钳位电容C_c的正极相连，钳位电容C_c的负极和反激电路输入端的PV+相连，这种方式相比第一实施例减小了钳位电容C_c的耐压。

图1c为本发明的第三实施例，图中102电路为本发明提出的漏感能量吸收和回馈电路，由P沟道MOSFET钳位管S_c和钳位电容C_c构成。钳位管的源极与反激电路输入端的地相连，钳位管的漏极和钳位电容C_c的负极相连，钳位电容C_c的正极和反激电路主管S_m的漏极相连。这种方式相比第一、第二实施例简化了钳位管的驱动

图2阐述了本发明提出的漏感能量吸收和回馈电路钳位管的控制方法。

在反激电路主管关断后，钳位管S_c开通一段时间T_c，开通时间T_c远小于主管的关断时间。在这段时间内，钳位电容通过钳位管S_c完成了漏感能量的吸收和释放，将回收到的漏感能量全部释放到主功率电路中。该控制方法可以通过模拟电路或数字电路方便地实现。

图3给出了主管和钳位管的驱动信号，以及漏感电流和钳位电容电压波形。漏感能量回馈的原理就是钳位电容和漏感的谐振，钳位管的导通时间T_c为半个谐振周期，此时漏感能量正好谐振到零，将钳位电容吸收到的漏感能量全部释放到主功率电路中。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (2)

1.反激变压器漏感能量吸收回馈电路的控制方法，适用于如下反激变压器漏感能量吸收回馈电路：吸收和回馈电路集成一体，仅由一个钳位管和一个钳位电容构成；钳位管源极和反激主管漏极相连，钳位管漏极和钳位电容相连；钳位管提供漏感能量吸收和释放的通道，钳位电容则是漏感能量暂时存储的介质；所述的钳位管采用N沟道MOSFET，或P沟道MOSFE；

其特征在于：所述的钳位管和主管非互补导通；钳位管只在主管关断后导通时间T_c，T_c远小于主管的关断时间；钳位管的导通时间T_c的计算公式为：

$T_c=\mathrm{\π}\sqrt{L_k\·C_c}$

其中L_k为漏感的电感值，C_c为钳位电容的电容值。

2.权利要求1所述的控制方法，其特征在于：钳位管在主管关断后的短暂时间T_c就将漏感能量吸收以及释放到主功率电路，随后钳位管就关断，不干涉断续和临界断续模式反激变换器励磁电感电流复位到零后，励磁电感与结电容的谐振过程。