CN116073653B - 一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器 - Google Patents

一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN116073653B
CN116073653B CN202310139719.2A CN202310139719A CN116073653B CN 116073653 B CN116073653 B CN 116073653B CN 202310139719 A CN202310139719 A CN 202310139719A CN 116073653 B CN116073653 B CN 116073653B
Authority
CN
China
Prior art keywords
resonant
switching tube
stage
diode
boost
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.)
Active
Application number
CN202310139719.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116073653A (zh
Inventor
吴晋波
何智强
宁光富
谢国胜
袁博
李理
姜利
刘智仁
粟梅
李辉
刘永刚
熊尚峰
刘伟良
姜新凡
胡迪军
洪权
臧欣
李刚
蔡昱华
刘海峰
李振文
敖非
龚禹生
丁禹
刘志豪
周挺
毛文奇
肖遥遥
徐民
杨丹
彭佳
彭铖
刘力
李龙
韩忠晖
欧阳帆
梁文武
许立强
余斌
严亚兵
尹超勇
徐彪
肖豪龙
欧阳宗帅
龙雪梅
刘鸿基
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.)
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
State Grid Hunan Electric Power 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 State Grid Corp of China SGCC, Electric Power Research Institute of State Grid Hunan Electric Power Co Ltd, State Grid Hunan Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN202310139719.2A priority Critical patent/CN116073653B/zh
Publication of CN116073653A publication Critical patent/CN116073653A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116073653B publication Critical patent/CN116073653B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明公开了一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器，包括带有谐振腔电路的谐振升压单元，所述谐振升压单元的输入端连接有前级升压单元，所述前级升压单元包括两级BOOST电路，每一级BOOST电路中均串接有一个耦合电感原边绕组，所述谐振升压单元的谐振腔电路串联连接有两个耦合电感副边绕组，且每一级BOOST电路的耦合电感原边绕组分别与一个耦合电感副边绕组耦合形成耦合电感。本发明能够实现高升压比的直流变换，具有开关损耗低、成本低、设备体积小、通用性好的优点，尤其是用于低压光伏等需要高升压比的直流变换场景。

Description

一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器。
背景技术
近年来，随着低碳理念的普及，光伏发电等可再生能源发电系统得到了快速发展。但目前直流电压母线对电压等级的需求越来越高，通常为200V-400V。但光伏发电等可再生能源系统的输出电压都不足以满足直流母线的电压需求。近年来，非隔离式高升压比DC-DC转换器因其功率密度高、控制策略简单、成本低而被广泛用于光伏发电并网应用。文献1(K.-C.Tseng,J.-T.Lin and C.-C.Huang,"High Step-Up Converter With Three-Winding Coupled Inductor for Fuel Cell Energy Source Applications,"in IEEETransactions on Power Electronics,vol.30,no.2,pp.574-581,Feb.2015.)提出了一种基于耦合电感和倍压技术相结合的非隔离型直流变换器。但文献1提出的变换器由于耦合电感漏感的存在会导致高的电压尖峰。于是，采取耦合电感和谐振技术相结合的非隔离高升压变换器被广泛研究，文献2(Y.Ye,K.W.E.Cheng and S.Chen,"A High Step-up PWMDC-DC Converter With Coupled-Inductor and Resonant Switched-Capacitor"in IEEETransactions on Power Electronics,vol.32,no.10,pp.7739-7749,Oct.2017.)所提出的变换器就是采用耦合电感的漏感作为谐振电感与谐振电容进行谐振，从而实现二极管的软开关技术。同时此变换器的电路拓扑是可拓展的，但仅通过一个耦合电感的副边绕组所获得的电压增益较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器，本发明能够实现高升压比的直流变换，具有开关损耗低、成本低、设备体积小、通用性好的优点，尤其是用于低压光伏等需要高升压比的直流变换场景。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器，包括带有谐振腔电路的谐振升压单元，所述谐振升压单元的输入端连接有前级升压单元，所述前级升压单元包括两级BOOST电路，每一级BOOST电路中均串接有一个耦合电感原边绕组，所述谐振升压单元的谐振腔电路串联连接有两个耦合电感副边绕组，且每一级BOOST电路的耦合电感原边绕组分别与一个耦合电感副边绕组耦合形成耦合电感。
可选地，所述两级BOOST电路由依次相连的前级BOOST电路和后级BOOST电路构成，所述前级BOOST电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、升压电容Cb、耦合电感原边绕组La以及输入电源Vin，所述输入电源Vin和升压电容Cb串联形成串联支路以作为后级BOOST电路的输入，所述第一开关管Q1和第二开关管Q2正向串联后并联在串联支路上，所述耦合电感原边绕组La连接在输入电源Vin的输出端和第一开关管Q1、第二开关管Q2两者的中间接点上。
可选地，所述后级BOOST电路包括第三开关管Q3、第四开关管Q4、升压电容V1以及耦合电感原边绕组Lb，所述第三开关管Q3、第四开关管Q4正向串联后再与升压电容V1串联连接后与前级BOOST电路的串联支路上，所述耦合电感原边绕组Lb连接在串联支路的正极和第三开关管Q3、第四开关管Q4两者的中间接点上。
可选地，所述谐振升压单元的数量为一个。
可选地，所述谐振升压单元包括二极管D1、二极管D2、稳压电容C2、谐振电容Cr、谐振电感Lla、耦合电感副边绕组N12、谐振电感Llb和耦合电感副边绕组N22，所述二极管D1、二极管D2串联形成二极管串联支路，所述稳压电容C2与二极管串联支路并联连接，所述二极管串联支路一端与前级升压单元的输出端相连、另一端作为非隔离型直流变换器的输出端，所述谐振电容Cr、谐振电感Lla、谐振电感Llb三者串联形成谐振腔电路，所述耦合电感副边绕组N22和耦合电感副边绕组N21串联布置在谐振腔电路上，所述谐振腔电路一端与二极管D1、二极管D2两者的中间接点相连、另一端与第三开关管Q3、第四开关管Q4两者的中间接点相连。
可选地，所述耦合电感副边绕组N22和耦合电感副边绕组N21串联布置在谐振腔电路上是指谐振电容Cr、谐振电感Lla、耦合电感副边绕组N12、谐振电感Llb和耦合电感副边绕组N22间依次顺序布置。
可选地，所述谐振升压单元的数量为多个，且多个谐振升压单元之间级联连接。
可选地，所述多个谐振升压单元中任意第z个谐振升压单元包括二极管Dz1、二极管Dz2、稳压电容Cz+1、谐振电容Crz、谐振电感Llaz、耦合电感副边绕组N12、谐振电感Llbz和耦合电感副边绕组N22，所述二极管Dz1、二极管Dz2串联形成二极管串联支路，所述稳压电容Cz+1与二极管串联支路并联连接，所述谐振电容Crz、谐振电感Llaz、谐振电感Llbz三者串联形成谐振腔电路，所述耦合电感副边绕组N22和耦合电感副边绕组N21串联布置在谐振腔电路上，各个谐振升压单元的二极管串联支路依次串联连接，且由第一级谐振升压单元的二极管串联支路与前级升压单元的输出端相连、最末一级谐振升压单元的二极管串联支路与作为非隔离型直流变换器的输出端，各个谐振升压单元的谐振腔电路依次串联连接，且由第一级谐振升压单元的谐振腔电路与第三开关管Q3、第四开关管Q4两者的中间接点相连，其余每一级谐振升压单元的谐振腔电路一端与上一级谐振升压单元的谐振腔电路相连、另一端还与本级谐振升压单元中二极管Dz1、二极管Dz2两者的中间接点相连。
可选地，所述耦合电感副边绕组N22和耦合电感副边绕组N21串联布置在谐振腔电路上是指谐振电容Crz、谐振电感Llaz、耦合电感副边绕组N12、谐振电感Llbz和耦合电感副边绕组N22间依次顺序布置。
可选地，所述第一开关管Q1和第二开关管Q2以互补的方式工作，所述第三开关管Q3和第四开关管Q4以互补的方式工作，且第一开关管Q1、第三开关管Q3同时导通与关断，所述谐振腔电路半个谐振周期小于第一开关管Q1～第四开关管Q4的半个开关周期，使得在一个开关周期中有连续的四种工作模式：模态一下：第一开关管Q1、第三开关管Q3导通，第二开关管Q2和第四开关管Q4关断，使得输入电源Vin钳位在前级BOOST电路的耦合电感初级绕组，而电压Vin+Vb则钳位在后级BOOST电路的耦合电感初级绕组，其中Vb为升压电容Cb的电压，使得两个耦合电感原边绕组的励磁电流iLa和iLb均从其最小值Imin线性上升，谐振腔电路的电流从零开始增加，谐振升压单元中的二极管串联支路零电流开关开通；模态二下：第一开关管Q1、第三开关管Q3继续导通，第二开关管Q2和第四开关管Q4保持关断，谐振腔电路的电流降为零，谐振升压单元中的二极管串联支路零电流开关关断，两个耦合电感原边绕组的仍被充电使励磁电流iLa和iLb保持线性上升达到最大值Imax；模态三下：第一开关管Q1、第三开关管Q3关断，第二开关管Q2和第四开关管Q4导通，升压电容Cb的电压Vb钳位在前级BOOST电路的耦合电感原边绕组，升压电容C1的电压V1钳位在后级BOOST电路的耦合电感原边绕组，使得两个耦合电感原边绕组的励磁电流iLa和iLb从其最大值Imax线性下降，谐振腔电路开始反向谐振使得电流从零开始反向增加，谐振升压单元中的二极管串联支路实现零电流开关开通；模态四下：第一开关管Q1、第三开关管Q3保持关断，第二开关管Q2和第四开关管Q4继续导通，使得谐振腔电路的电流降为零，谐振升压单元中的二极管串联支路实现零电流开关关断。
和现有技术相比，本发明主要具有下述优点：
1、本发明在现有电路拓扑的基础上，在带有谐振腔电路的谐振升压单元的上增加了前级升压单元，前级升压单元由两个耦合电感原边绕组作为升压电感的BOOST电路输入输出串联构成，同时谐振升压单元包括了两个耦合电感副边绕组和谐振腔串联组成的谐振支路。
2、本发明相较于现有技术，新增加了一级BOOST电路，且不是直接级联，通过副边绕组的升压作用增益能够显著提升。本发明相较于现有电路拓扑，电压增益提高了2/5，尤其适用于于低压光伏这种需要高升压比的工况需求。
3、本发明通过谐振腔电路来实现谐振升压单元中二极管的软开关技术，同时利用耦合电感的漏感来作为谐振电感，能够有效的节约成本，减小设备的体积。
4、本发明使用的两个耦合电感副边绕组的匝数一致，同时谐振升压单元的谐振电容和谐振电感的参数相同，保持了谐振升压单元的通用性。
附图说明
图1为本发明实施例一中直流变换器的电路拓扑图。
图2为本发明实施例一四个工作状态典型波形图。
图3为本发明实施例一处于模态一时的电路拓扑图。
图4为本发明实施例一处于模态二时的电路拓扑图。
图5为本发明实施例一处于模态三时的电路拓扑图。
图6为本发明实施例一处于模态四时的电路拓扑图。
图7为本发明实施例二中直流变换器的电路拓扑图。
具体实施方式
现有非隔离高升压比直流变换器设计方案中也存在含有谐振升压单元的拓扑结构，但前级升压单元的输出电压较低，同时谐振升压单元中仅包括一个耦合电感的副边绕组，所以获得的电压增益较低。基于目前光伏发电并网用高升压直流变换器的发展趋势，本发明旨在提供一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器。
实施例一：
如图1所示，本实施例适用于低压光伏的非隔离型直流变换器包括带有谐振腔电路的谐振升压单元，谐振升压单元的输入端连接有前级升压单元，前级升压单元包括两级BOOST电路，每一级BOOST电路中均串接有一个耦合电感原边绕组，谐振升压单元的谐振腔电路串联连接有两个耦合电感副边绕组，且每一级BOOST电路的耦合电感原边绕组分别与一个耦合电感副边绕组耦合形成耦合电感。在图1的拓扑中，Vin为输入电源，Q1和Q2为前级BOOST电路的第一、第二开关管，Q3和Q4为后级BOOST电路的第三、第四开关管，D1、D2为两个二极管。Cr为谐振电容，Lla、Llb分别为前级和后级BOOST电路耦合电感的副边绕组漏感(Lla＝Llb＝L)，Cb、C1、C2为滤波电容，Ro为负载。
本实施例采用两级BOOST电路输入输出串联的前级升压单元和谐振升压单元的稳压电容进行串联连接。同时谐振升压单元的谐振腔包含的耦合电感副边绕组的升压作用获得了较高的电压增益，并充分考虑成本(采取耦合电感副边绕组的漏感作为谐振电感，与谐振电容进行谐振，降低了成本)，二极管的开关损耗等因素后，可实现高升压比的直流变换。
如图1所示，两级BOOST电路由依次相连的前级BOOST电路和后级BOOST电路构成，所述前级BOOST电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、升压电容Cb、耦合电感原边绕组La(流经的电流为ipra)以及输入电源Vin，所述输入电源Vin和升压电容Cb串联形成串联支路以作为后级BOOST电路的输入，所述第一开关管Q1和第二开关管Q2正向串联后并联在串联支路上，所述耦合电感原边绕组La连接在输入电源Vin的输出端和第一开关管Q1、第二开关管Q2两者的中间接点上。如图1所示，后级BOOST电路包括第三开关管Q3、第四开关管Q4、升压电容V1以及耦合电感原边绕组Lb(流经的电流为iprb)，所述第三开关管Q3、第四开关管Q4正向串联后再与升压电容V1串联连接后与前级BOOST电路的串联支路上，所述耦合电感原边绕组Lb连接在串联支路的正极和第三开关管Q3、第四开关管Q4两者的中间接点上。参见图1，本实施例中前级BOOST电路的升压电容Cb的负极与输入电源Vin的正极在B点连接，同时前级BOOST电路中的耦合电感的同名端也连接在B点，另外一端连接在A点。第一开关管Q1和第二开关管Q2正向串联，连接点为A点。电源Vin的负极与第一开关管Q1和第三开关管Q3连接在E点。前级BOOST电路的升压电容Cb与输入电源Vin串联作为后级BOOST电路的输入。后级BOOST电路中的升压电容V1的负极与升压电容Cb的正极和第二开关管Q2在C点连接，同时后级BOOST电路中的耦合电感同名端也连接在C点，另外一端连接在D点。第三开关管Q3和第四开关管Q4正向串联，连接点为D点。升压电容V1的正极与第四开关管Q4在F点连接。在谐振升压单元中，都含有一个稳压电容、两个二极管、一个谐振电容、两个谐振电感和耦合电感的两个副边绕组。以第z个谐振升压单元为例，两个二极管Dz1与Dz2由下往上正向串联，Dz1的阴极与Dz2的阳极连接。Dz2的阴极连接稳压电容Cz的正极，Dz1的阳极连接稳压电容Cz的负极。谐振电容Crz和两个谐振电感Llaz和Llbz构成第z个谐振升压单元的谐振腔电路。谐振腔电路和两个耦合电感副边绕组串联连接组成一个支路，支路的一端连接在串联二极管Dz1与Dz2的阳极和阴极连接点，另一端连接在第(z-1)个谐振升压单元的两个谐振腔电路串联支路连接点G。耦合电感副边绕组匝数一致，第一个谐振升压单元耦合电感副边绕组同名端与后级BOOST电路单元的原边绕组异名端在D点连接。所有谐振升压单元谐振腔的谐振电容都具有一样的容值，谐振电感都具有一样的感值。
如图1所示，本实施例中谐振升压单元的数量为一个。该谐振升压单元包括二极管D1(流经的电流为iD1)、二极管D2(流经的电流为iD2)、稳压电容C2、谐振电容Cr、谐振电感Lla、耦合电感副边绕组N12、谐振电感Llb和耦合电感副边绕组N22，所述二极管D1、二极管D2串联形成二极管串联支路，所述稳压电容C2与二极管串联支路并联连接，所述二极管串联支路一端与前级升压单元的输出端相连、另一端作为非隔离型直流变换器的输出端，所述谐振电容Cr、谐振电感Lla、谐振电感Llb三者串联形成谐振腔电路，所述耦合电感副边绕组N22和耦合电感副边绕组N21串联布置在谐振腔电路上，所述谐振腔电路一端与二极管D1、二极管D2两者的中间接点相连、另一端与第三开关管Q3、第四开关管Q4两者的中间接点相连。谐振升压单元的谐振腔电路产生的谐振电流，有助于实现二极管串联支路(二极管D1和D2)的零电流软开关。
如图1所示，本实施例中耦合电感副边绕组N22和耦合电感副边绕组N21串联布置在谐振腔电路上是指谐振电容Cr、谐振电感Lla、耦合电感副边绕组N12、谐振电感Llb和耦合电感副边绕组N22间依次顺序布置。
本实施例中，第一开关管Q1和第二开关管Q2以互补的方式工作，第三开关管Q3和第四开关管Q4以互补的方式工作，且第一开关管Q1、第三开关管Q3同时导通与关断，谐振腔电路半个谐振周期小于第一开关管Q1～第四开关管Q4的半个开关周期，使得在一个开关周期中有连续的四种工作模式(典型波形如图2所示)：
模态一下：如图3所示，第一开关管Q1、第三开关管Q3导通，第二开关管Q2和第四开关管Q4关断，使得输入电源Vin钳位在前级BOOST电路的耦合电感初级绕组，而电压Vin+Vb则钳位在后级BOOST电路的耦合电感初级绕组，其中Vb为升压电容Cb的电压，使得两个耦合电感原边绕组的励磁电流iLa和iLb均从其最小值Imin线性上升，谐振腔电路的电流(方向为Cr-Lla-Llb)从零开始增加，谐振升压单元中的二极管串联支路零电流开关(ZCS)开通；该模态详见图2中的时间区间t0<t<t1，其中t为时间，t0为模态一的初始时刻，t1为模态一的的结束时刻。
模态二下：如图4所示，第一开关管Q1、第三开关管Q3继续导通，第二开关管Q2和第四开关管Q4保持关断，谐振腔电路的电流降为零，谐振升压单元中的二极管串联支路零电流开关(ZCS)关断，两个耦合电感原边绕组的仍被充电使励磁电流iLa和iLb保持线性上升达到最大值Imax；由于谐振周期小于开关周期，谐振在t1时刻结束，该模态详见图2中的时间区间t1<t<t2，其中t为时间，t1为模态一的结束时刻，t2为模态二的结束时刻。
模态三下：如图5所示，第一开关管Q1、第三开关管Q3关断，第二开关管Q2和第四开关管Q4导通，升压电容Cb的电压Vb钳位在前级BOOST电路的耦合电感原边绕组，升压电容C1的电压V1钳位在后级BOOST电路的耦合电感原边绕组，使得两个耦合电感原边绕组的励磁电流ia和ib从其最大值Imax线性下降，谐振腔电路开始反向谐振使得电流(方向为Cr-Lla-Llb)从零开始反向增加，谐振升压单元中的二极管串联支路(二极管D1和D2)实现零电流开关(ZCS)开通；该模态详见图2的时间区间t2<t<t3，其中t为时间，t2为模态二的结束时刻，t3为反向谐振的结束时刻。
模态四下：如图6所示，第一开关管Q1、第三开关管Q3保持关断，第二开关管Q2和第四开关管Q4继续导通，使得谐振腔电路的电流降为零，谐振升压单元中的二极管串联支路(二极管D1和D2)实现零电流开关(ZCS)关断；该模态详见图2中的时间区间t3<t<t4，其中t为时间，t3为反向谐振的结束时刻，t4为一个开关周期的结束时刻。
本实施例适用于低压光伏的非隔离型直流变换器采取的电压控制策略是简单的PWM电压单环控制，能够通过调节占空比来调节输出电压。
综上所述，本实施例公开了一种适用于低压光伏的非隔离型高升压比直流变换器，包括一个由两级BOOST结构输入输出串联组成的前级升压单元和z(z>1)个谐振升压单元。前级升压单元通过两级BOOST电路来将输入的直流电压进行抬升，同时两级BOOST电路中的耦合电感的副边绕组又作为谐振升压单元的构成环节，耦合电感漏感和谐振电容一起构成谐振腔电路，通过前级升压单元的两级BOOST电路升压和两个副边绕组的升压作用，就能获得相较于文献2中提出的变换器更加高的电压增益。谐振升压单元含有一个谐振腔和两个耦合电感副边绕组串联成一个支路，通过副边绕组的升压作用实现电压的升高。本实施例适用于低压光伏的非隔离型直流变换器包括带有谐振腔电路的谐振升压单元，谐振升压单元的输入端连接有前级升压单元，谐振升压单元采取的谐振技术可以实现谐振升压单元中二级管的软开关技术，这项技术可以有效的降低二极管开关损耗，提高了变换器效率。本实施例能够通过前级升压单元的两级BOOST电路升压和两个副边绕组的升压作用，就能获得相较于文献2中提出的变换器更加高的电压增益。本实施例采用耦合电感副边绕组的漏感作为谐振电感也能够有效节约成本，减小设备的体积。同时本发明的可拓展性以及可调节的占空比能更好的解决传统升压直流变换器的不足，获得比传统方式更高的电压增益，尤其适用于于低压光伏这种需要高升压比的工况需求。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，其主要区别为：本实施例中谐振升压单元的数量为多个，且多个谐振升压单元之间级联连接，谐振升压单元的数量可根据需要进行选择，具有可拓展性的优点，从而能够根据需要来获得更高的电压增益，有效满足光伏发电对并网环节的增益需求。如图7所示，本实施例多个谐振升压单元中任意第z个谐振升压单元包括二极管Dz1、二极管Dz2、稳压电容Cz+1、谐振电容Crz、谐振电感Llaz、耦合电感副边绕组N12、谐振电感Llbz和耦合电感副边绕组N22，所述二极管Dz1、二极管Dz2串联形成二极管串联支路，所述稳压电容Cz+1与二极管串联支路并联连接，所述谐振电容Crz、谐振电感Llaz、谐振电感Llbz三者串联形成谐振腔电路，所述耦合电感副边绕组N22和耦合电感副边绕组N21串联布置在谐振腔电路上，各个谐振升压单元的二极管串联支路依次串联连接，且由第一级谐振升压单元的二极管串联支路与前级升压单元的输出端相连、最末一级谐振升压单元的二极管串联支路与作为非隔离型直流变换器的输出端，各个谐振升压单元的谐振腔电路依次串联连接，且由第一级谐振升压单元的谐振腔电路与第三开关管Q3、第四开关管Q4两者的中间接点相连，其余每一级谐振升压单元的谐振腔电路一端与上一级谐振升压单元的谐振腔电路相连、另一端还与本级谐振升压单元中二极管Dz1、二极管Dz2两者的中间接点相连。
如图7所示，本实施例中耦合电感副边绕组N22和耦合电感副边绕组N21串联布置在谐振腔电路上是指谐振电容Crz、谐振电感Llaz、耦合电感副边绕组N12、谐振电感Llbz和耦合电感副边绕组N22间依次顺序布置。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器，包括带有谐振腔电路的谐振升压单元，其特征在于，所述谐振升压单元的输入端连接有前级升压单元，所述前级升压单元包括两级BOOST电路，每一级BOOST电路中均串接有一个耦合电感原边绕组，所述谐振升压单元的谐振腔电路串联连接有两个耦合电感副边绕组，且每一级BOOST电路的耦合电感原边绕组分别与一个耦合电感副边绕组耦合形成耦合电感；
所述两级BOOST电路由依次相连的前级BOOST电路和后级BOOST电路构成，所述前级BOOST电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、升压电容Cb、耦合电感原边绕组La以及输入电源Vin，所述输入电源Vin和升压电容Cb串联形成串联支路以作为后级BOOST电路的输入，第一开关管Q1的第一端与输入电源Vin的负极连接，第二开关管Q2的第一端与升压电容Cb的正极连接，第一开关管Q1的第二端与第二开关管Q2的第二端、所述耦合电感原边绕组La一端连接，耦合电感原边绕组La另一端与输入电源Vin的正极、升压电容Cb的负极连接；
所述后级BOOST电路包括第三开关管Q3、第四开关管Q4、升压电容C1以及耦合电感原边绕组Lb，第三开关管Q3的第一端与输入电源Vin的负极连接，第三开关管Q3的第二端与第四开关管Q4的第二端、耦合电感原边绕组Lb的一端、谐振升压单元的谐振腔电路的一端连接，第四开关管Q4的第一端与升压电容C1的正极、谐振升压单元连接，升压电容Cb的正极与升压电容C1的负极、耦合电感原边绕组Lb的另一端连接；第一开关管至第四开关管的第三端为控制端。
2.根据权利要求1所述的适用于低压光伏的非隔离型直流变换器，其特征在于，所述谐振升压单元的数量为一个。
3.根据权利要求2所述的适用于低压光伏的非隔离型直流变换器，其特征在于，所述谐振升压单元包括二极管D1、二极管D2、稳压电容C2、谐振电容Cr、谐振电感Lla、耦合电感副边绕组N12、谐振电感Llb和耦合电感副边绕组N22，所述二极管D1、二极管D2串联形成二极管串联支路，所述稳压电容C2与二极管串联支路并联连接，所述二极管串联支路一端与前级升压单元的升压电容C1的正极连接、另一端作为非隔离型直流变换器的输出端，所述谐振电容Cr、谐振电感Lla、耦合电感副边绕组N12、谐振电感Llb、耦合电感副边绕组N22串联形成谐振腔电路，所述谐振腔电路一端与二极管D1、二极管D2两者的中间接点相连、另一端与第三开关管Q3、第四开关管Q4两者的中间接点相连。
4.根据权利要求1所述的适用于低压光伏的非隔离型直流变换器，其特征在于，所述谐振升压单元的数量为两个以上，且多个谐振升压单元之间级联连接。
5.根据权利要求4所述的适用于低压光伏的非隔离型直流变换器，其特征在于，所述多个谐振升压单元中任意第z个谐振升压单元包括二极管Dz1、二极管Dz2、稳压电容Cz+1、谐振电容Crz、谐振电感Llaz、耦合电感副边绕组N12、谐振电感Llbz和耦合电感副边绕组N22，z为大于等于1的正整数，所述二极管Dz1、二极管Dz2串联形成二极管串联支路，所述稳压电容Cz+1与二极管串联支路并联连接，所述谐振电容Crz、谐振电感Llaz、耦合电感副边绕组N12、谐振电感Llbz、耦合电感副边绕组N22串联形成谐振腔电路，各个谐振升压单元的二极管串联支路依次串联连接，且第一级谐振升压单元的二极管串联支路的一端与前级升压单元的升压电容C1的正极连接，第一级谐振升压单元的二极管串联支路的另一端与下一级谐振升压单元的二极管串联支路的一端连接，最末一级谐振升压单元的二极管串联支路的另一端作为非隔离型直流变换器的输出端，各个谐振升压单元的谐振腔电路依次串联连接，且第一级谐振升压单元的谐振腔电路的一端与第三开关管Q3、第四开关管Q4两者的中间接点相连，另一端与本级谐振升压单元中二极管Dz1、二极管Dz2两者的中间接点以及下一级谐振升压单元的谐振腔电路的一端相连，下一级谐振升压单元的谐振腔电路的另一端也与本级谐振升压单元中二极管Dz1、二极管Dz2两者的中间接点相连。
6.根据权利要求3或5所述的适用于低压光伏的非隔离型直流变换器，其特征在于，所述第一开关管Q1和第二开关管Q2以互补的方式工作，所述第三开关管Q3和第四开关管Q4以互补的方式工作，且第一开关管Q1、第三开关管Q3同时导通与关断，所述谐振腔电路半个谐振周期小于第一开关管Q1～第四开关管Q4的半个开关周期，使得在一个开关周期中有连续的四种工作模式：模态一下：第一开关管Q1、第三开关管Q3导通，第二开关管Q2和第四开关管Q4关断，谐振腔电路的电流从零开始增加；模态二下：第一开关管Q1、第三开关管Q3继续导通，第二开关管Q2和第四开关管Q4保持关断，谐振腔电路的电流降为零；模态三下：第一开关管Q1、第三开关管Q3关断，第二开关管Q2和第四开关管Q4导通，谐振腔电路开始反向谐振使得电流从零开始反向增加；模态四下：第一开关管Q1、第三开关管Q3保持关断，第二开关管Q2和第四开关管Q4继续导通，谐振腔电路的电流降为零。
CN202310139719.2A 2023-02-20 2023-02-20 一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器 Active CN116073653B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310139719.2A CN116073653B (zh) 2023-02-20 2023-02-20 一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310139719.2A CN116073653B (zh) 2023-02-20 2023-02-20 一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116073653A CN116073653A (zh) 2023-05-05
CN116073653B true CN116073653B (zh) 2024-06-18

Family

ID=86181898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310139719.2A Active CN116073653B (zh) 2023-02-20 2023-02-20 一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116073653B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117792087A (zh) * 2024-02-23 2024-03-29 江苏展芯半导体技术股份有限公司 一种低压非隔离型直流变换器及其控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103746556A (zh) * 2013-12-30 2014-04-23 杭州科为达电气有限公司 基于耦合电感的直流模块用高升压比变换器
CN105896977A (zh) * 2016-04-07 2016-08-24 厦门大学 一种交错并联型dc-dc变换器的软开关

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113783427B (zh) * 2021-09-24 2024-06-07 中南大学 一种可扩展的非隔离型高升压比谐振dc-dc变换器
CN114221545A (zh) * 2021-12-14 2022-03-22 国网福建省电力有限公司宁德供电公司 一种高压增益升压cuk电路及控制方法、控制装置
CN114785151A (zh) * 2022-05-24 2022-07-22 江南大学 一种光伏发电用高增益Boost变换器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103746556A (zh) * 2013-12-30 2014-04-23 杭州科为达电气有限公司 基于耦合电感的直流模块用高升压比变换器
CN105896977A (zh) * 2016-04-07 2016-08-24 厦门大学 一种交错并联型dc-dc变换器的软开关

Also Published As

Publication number Publication date
CN116073653A (zh) 2023-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107517003B (zh) 一种输出浮地输入并联高增益Boost变换电路及切换方法
CN116073653B (zh) 一种适用于低压光伏的非隔离型直流变换器
Ding et al. A single-switch high step-up DC–DC converter based on three-winding coupled inductor and pump capacitor unit
KR102371910B1 (ko) Dc-dc 컨버터
CN111865129A (zh) 一种四开关单相单级式开关升压逆变器
CN103066841B (zh) 一种基于电荷泵电容的倍压型直流变换器
CN113541486B (zh) 交错二极管电容网络高增益zvt直流变换器及辅助电路
CN111342664A (zh) 一种集成dc-dc变换器及其控制方法
CN101355301A (zh) L型升压变换器的拓扑结构
CN207368879U (zh) 一种低电压应力的高增益准开关升压dc/dc变换器
Priya et al. Comparison of n-stage cascade cockcroft-walton voltage multiplier applied to transformer-less dc-dc boost converter
Alves et al. A single-stage three-port boost converter with high voltage gain based on the bidirectional version of the three-state switching cell
Maroufkhani et al. A new single-switch soft-switched high-step up DC-DC converter based on magnetic coupling
CN106712504B (zh) 一种含有软开关的非隔离型高增益dc/dc变换器
CN101521458A (zh) L型升压变换器的拓扑结构
CN209748408U (zh) 一种基于多级能量存储单元串联的电源升压装置
Shojaeian et al. High efficient and high step-up dual switches converter based on three coupled inductors
Miao et al. A new fifth-order boost converter with dual operating modes and wider conversion ratios for renewable energy applications
CN104852571A (zh) 零电压转换电源-电容串联型直流变换器及其工作方法
CN113346743B (zh) 一种非隔离高增益直流变换器
CN220457296U (zh) 一种高效升压dc-dc变换器
Osman et al. Three-level hybrid boost converter with high voltage gain
Haque et al. A Hybrid Bipolar DC-Link Converter Based on SEPIC-Cuk Combination
Kaye et al. Multi-Input DC-DC Boost Converter with Voltage Multiplier Cells and Continuous Input-Output Current
Li et al. A High Performance 48-to-8 V Cascaded Switched-Capacitor Converter for Data Center Applications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant