CN108282085A - 一种适用于光伏发电系统的混合举dc-dc变换器 - Google Patents

一种适用于光伏发电系统的混合举dc-dc变换器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于光伏发电系统的混合举DC‑DC变换器，包括输入电源Vin，输入电源Vin的正极分别连接电感L1的一端和电容C2的一端，电感L1的另一端分别连接续流二极管D2的阳极和续流二极管D4的阳极，电容C2的另一端分别连接续流二极管D4的阴极和续流二极管D1的阳极，续流二极管D1的阴极分别连接电容C1的一端、续流二极管D5的阳极和电感L2的一端，电感L2的另一端分别连接输出电容C4的一端、续流二极管D2的阴极和开关管S的漏极，电容C4的另一端分别连接续流二极管D5的阴极和输出整流二极管Do的阳极，输出整流二极管Do的阴极分别连接输出电容Co的一端和负载电阻R的一端，输出电容Co的另一端、负载电阻R的另一端、开关管S的源极和电容C1的另一端分别连接输入电源Vin的负极。本发明能够显著提高效率和增益比。

Description

一种适用于光伏发电系统的混合举DC-DC变换器
技术领域
本发明涉及升压变换器，特别是涉及一种适用于光伏发电系统的混合举DC-DC变换器。
背景技术
随着传统化石能源的日趋枯竭和人类生存环境的日益恶化，清洁型的可再生能源的发展已经到了迫在眉睫的地步，世界各国都在致力于研究和开发新能源的应用，其中太阳能和风能已经得到了较为广泛的应用。不过对于这些系统，如何并网运行、满足电网中的高电压需要仍然是最重要的问题。目前，大量的升压转换器被开发出来满足这些应用，在不同的转换器中，传统的BOOST变换器理论上可以通过提高占空比来提高电压增益。但是实际应用中，由于寄生参数的限制，无法实现非常高的电压增益。若采用级联型的拓扑结构，器件数量增加所带来的效率不高的问题又会凸显。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种在中大功率场合能够显著提高效率和增益比的一种适用于光伏发电系统的混合举DC-DC变换器。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的适用于光伏发电系统的混合举DC-DC变换器，包括输入电源Vin，输入电源Vin的正极分别连接电感L1的一端和电容C2的一端，电感L1的另一端分别连接续流二极管D2的阳极和续流二极管D4的阳极，电容C2的另一端分别连接续流二极管D4的阴极和续流二极管D1的阳极，续流二极管D1的阴极分别连接电容C1的一端、续流二极管D5的阳极和电感L2的一端，电感L2的另一端分别连接输出电容C4的一端、续流二极管D2的阴极和开关管S的漏极，电容C4的另一端分别连接续流二极管D5的阴极和输出整流二极管Do的阳极，输出整流二极管Do的阴极分别连接输出电容Co的一端和负载电阻R的一端，输出电容Co的另一端、负载电阻R的另一端、开关管S的源极和电容C1的另一端分别连接输入电源Vin的负极。
进一步，还包括电容C3，电容C3的一端连接续流二极管D2的阳极，电容C3的另一端连接续流二极管D1的阳极。电容C3储存输入电源提供的能量，根据自举原理将电压加在输出电压上，使电路的电压增益得到提高。
进一步，还包括续流二极管D3，续流二极管D3的阳极连接续流二极管D4的阴极，续流二极管D3的阴极连接续流二极管D1的阳极。续流二极管D3为电容C3储存能量提供回路，与续流二极管D4、电容C2和电容C3构成不对称结构的升压单元，提高电路的升压能力。
有益效果：本发明公开了一种适用于光伏发电系统的混合举DC-DC变换器，与现有技术相比，具有以下的有益效果：
1)本发明采用了无变压器的电路结构，与传统的升压电路相比较，在显著提高了升压能力的基础上，不存在变压器的损耗，显著提高了电路的工作效率；
2)本发明在级联型升压变换器的基础上融合了不对称升压单元和自举电容升压单元混合结构，与传统的对称结构的升压单元相比较，随着占空比的增加，该转换器具有优越的升压电压性能；
3)本发明中，变换器在占空比较高时，升压能力和电路的工作效率有更加优越的优势，与传统的升压变换器相比，更适合应用在中大功率场合。
附图说明
图1为本发明第一种具体实施方式中DC-DC变换器的电路图；
图2为本发明第二种具体实施方式中DC-DC变换器的电路图；
图3为本发明第二种具体实施方式中DC-DC变换器的等效电路图；
图4为本发明第二种具体实施方式中DC-DC变换器的模态图；
图5为本发明第二种具体实施方式中DC-DC变换器第一种开关模态的等效图；
图6为本发明第二种具体实施方式中DC-DC变换器第二种开关模态的等效图；
图7为本发明第二种具体实施方式中DC-DC变换器的开关管S两端电压、输出电压V0和输出二极管Do两端电压的波形图；
图8为本发明第二种具体实施方式中DC-DC变换器的开关管S两端电压、电感L1两端电压以及电感L1的电流的波形图；
图9为本发明第二种具体实施方式中DC-DC变换器的开关管S两端电压、电感L2两端电压以及电感L2的电流的波形图；
图10为本发明第二种具体实施方式中DC-DC变换器的开关管S两端电压、续流二极管D3两端电压和续流二极管D4两端电压的波形图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
第一种具体实施方式公开了一种适用于光伏发电系统的混合举DC-DC变换器，如图1所示，包括输入电源Vin，输入电源Vin的正极分别连接电感L1的一端和电容C2的一端，电感L1的另一端分别连接续流二极管D2的阳极和续流二极管D4的阳极，电容C2的另一端分别连接续流二极管D4的阴极和续流二极管D1的阳极，续流二极管D1的阴极分别连接电容C1的一端、续流二极管D5的阳极和电感L2的一端，电感L2的另一端分别连接输出电容C4的一端、续流二极管D2的阴极和开关管S的漏极，电容C4的另一端分别连接续流二极管D5的阴极和输出整流二极管Do的阳极，输出整流二极管Do的阴极分别连接输出电容Co的一端和负载电阻R的一端，输出电容Co的另一端、负载电阻R的另一端、开关管S的源极和电容C1的另一端分别连接输入电源Vin的负极。
第二种具体实施方式在第一种具体实施方式的基础上增加了电容C3和续流二极管D3，如图2所示，电容C3的一端连接续流二极管D2的阳极，电容C3的另一端连接续流二极管D1的阳极；续流二极管D3的阳极连接续流二极管D4的阴极，续流二极管D3的阴极连接续流二极管D1的阳极。
其中，开关管S为MOSFET或者IGBT。
第二种具体实施方式中DC-DC变换器的等效电路图如图3所示。输入电源Vin的电流为iin，输入电源Vin的电压为Vin，电感L1电流为电感L1两侧的电压为电感L2的电流为电感L2两侧的电压为输出整流二极管Do的电流为输出整流二极管Do两端的电压为流过开关管S的电流为iS，开关管S两端的电压为VS，二极管D1的电流为二极管D1两端的电压为二极管D2的电流为二极管D2两端的电压为二极管D3的电流为二极管D3两端的电压为二极管D4的电流为二极管D4两端的电压为二极管D5的电流为二极管D5两端的电压为电容C1的电流为电容C1两端的电压为电容C2的电流为电容C2两端的电压为电容C3的电流为电容C3两端的电压为电容C4的电流为电容C4两端的电压为输出电容Co的电流为输出电容Co两端的电压为负载电阻R的电流为io。
图4为DC-DC变换器的模态图。DC-DC变换器的工作过程分为2个开关模态，分别为第一种开关模态至第二种开关模态，电阻R为负载，具体描述如下：
第一种开关模态，对应图4中的[t0,t1]：等效电路图5所示，在t0时刻开通开关管S，同时，续流二极管D2、续流二极管D3和续流二极管D5开通，电流的流通途径如图5所示，电源通过电容C2和续流二极管D3同时给电感L1和电容C3充电，电感L1和电容C3存储能量，两侧的电压开始建立，电容C1通过续流二极管D5给电感L2和电容C4同时充电，电感L2和电容C4储存能量，输出电容Co给负载R供电。
第二种开关模态，对应图4中的[t1,t2]：等效电路图6所示，开关管S在t2时关断，同时，续流二极管D1、续流二极管D4和输出整流二极管Do开通，续流二极管D2、续流二极管D3和续流二极管D5关断，电流的流通途径如图6所示，电源、电感L1、电感L2、电容C3和电容C4同时释放能量给负载R，并且给电容C1、电容C2和输出电容Co充电，电容C1、电容C2和输出电容Co储存能量。
由上述分析可得增益表达式为：
其中D为开关管S的占空比。
变换器按照第一种开关模态至第二种开关模态工作时，电路中开关管S两端电压、电感L1两端电压、流过电感L1电流、电感L2两端电压、流过电感L2电流、输出整流二极管Do两端电压、续流二极管D4两端电压、续流二极管D3两端电压的波形具体描述如下：
在图7中，输入电压Vin＝40V，输出电压Vo＝380V，开关管S的漏源两端电压差VDS的纵坐标为100伏/单元格，输出整流二极管Do两端电压纵坐标为100伏/单元格，输出电压Vo纵坐标为100伏/单元格。
在图8中，输入电压Vin＝40V，输出电压Vo＝380V，开关管S的漏源两端电压差VDS的纵坐标为100伏/单元格,电感L1的电压纵坐标为25伏/单元格，电感L1的电流纵坐标为5安/单元格。
在图9中，输入电压Vin＝40V，输出电压Vo＝380V，开关管S的漏源两端电压差VDS的纵坐标为100伏/单元格，电感L2的电压纵坐标为100伏/单元格，电感L2的电流纵坐标为1安/单元格。
在图10中，输入电压Vin＝40V，输出电压Vo＝380V，开关管S的漏源两端电压差VDS的纵坐标为100伏/单元格,续流二极管D3两端电压纵坐标为25伏/单元格，续流二极管D4两端电压纵坐标为25伏/单元格。

Claims (3)

1.一种适用于光伏发电系统的混合举DC-DC变换器，其特征在于：包括输入电源Vin，输入电源Vin的正极分别连接电感L1的一端和电容C2的一端，电感L1的另一端分别连接续流二极管D2的阳极和续流二极管D4的阳极，电容C2的另一端分别连接续流二极管D4的阴极和续流二极管D1的阳极，续流二极管D1的阴极分别连接电容C1的一端、续流二极管D5的阳极和电感L2的一端，电感L2的另一端分别连接输出电容C4的一端、续流二极管D2的阴极和开关管S的漏极，电容C4的另一端分别连接续流二极管D5的阴极和输出整流二极管Do的阳极，输出整流二极管Do的阴极分别连接输出电容Co的一端和负载电阻R的一端，输出电容Co的另一端、负载电阻R的另一端、开关管S的源极和电容C1的另一端分别连接输入电源Vin的负极。
2.根据权利要求1所述的适用于光伏发电系统的混合举DC-DC变换器，其特征在于：还包括电容C3，电容C3的一端连接续流二极管D2的阳极，电容C3的另一端连接续流二极管D1的阳极。
3.根据权利要求2所述的适用于光伏发电系统的混合举DC-DC变换器，其特征在于：还包括续流二极管D3，续流二极管D3的阳极连接续流二极管D4的阴极，续流二极管D3的阴极连接续流二极管D1的阳极。
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