CN212752131U - 组合式升压功率变换模块、逆变装置以及光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种组合式升压功率变换模块、逆变装置以及光伏发电系统，该组合式升压功率变换模块包括第一升压电路和第二升压电路；所述第一升压电路的正极输出端与所述第二升压电路的正极输出端连接在一起，所述第一升压电路的中性点输出端与所述第二升压电路的中性点输出端连接在一起，所述第一升压电路的负极输出端与所述第二升压电路的负极输出端连接在一起；所述第一升压电路的升压支路位于所述第一升压电路的正极输入端与正极输出端之间，所述第二升压电路的升压支路位于所述第二升压电路的负极输入端与负极输出端之间。本申请与现有的对称BOOST升压电路对比，电感数量少，产品接线简单，能够实现正负直流母线平衡。

Description

组合式升压功率变换模块、逆变装置以及光伏发电系统

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种组合式升压功率变换模块、逆变装置以及光伏发电系统。

背景技术

升压电路广泛应用于光伏、储能等领域。如图1所示，目前普遍采用对称 BOOST升压电路。

对称BOOST升压电路存在如下不足：

1)常用开关管为低压器件,难以承受更高电压；

2)电感数量多，存在接线复杂的问题；

3)多路升压电路并联输出应用时，存在系统输入防雷数量多，PCB功率走线难，共模干扰大等问题。

图2是现有的另一种升压电路，图3是该升压电路对应的发波时序图。从图中可以得知，开关管Q1承受的电压应力为0.5(Uc1+Uc2)，开关管Q2承受的电压应力为Uc2，若Uc1＝Uc2＝0.5Uout，则开关管Q1，Q2承受的电压应力均为0.5Uout。可见，该升压电路可以实现低压功率管在高压系统中的应用。

与图1所示的对称BOOST升压电路相比，图2中升压电路的优点为：

1)电感数量少，产品接线简洁；

2)多路升压电路并联输出应用时，可以共负极；系统输入防雷数量少， PCB功率走线简单，能够解决共模干扰问题。

然而，按照图3的发波时序，若不做任何均压措施的话，该升压电路必然会出现正负直流母线不平衡，最恶劣的情况是母线电压全部由电容C2承担，导致开关管Q2承受电压应力过大而被击穿。与图2类似的，按照图5所示的发波时序，图4中的升压电路同样存在此问题(母线电压全部由电容C1承担，导致开关管Q1承受电压应力过大而被击穿)。

实用新型内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种组合式升压功率变换模块、逆变装置以及光伏发电系统，以解决现有升压电路存在的正负直流母线不平衡的问题。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本申请的一个方面，提供一种组合式升压功率变换模块，包括第一升压电路和第二升压电路；

所述第一升压电路的正极输出端与所述第二升压电路的正极输出端连接在一起，所述第一升压电路的中性点输出端与所述第二升压电路的中性点输出端连接在一起，所述第一升压电路的负极输出端与所述第二升压电路的负极输出端连接在一起；

所述第一升压电路的升压支路位于所述第一升压电路的正极输入端与正极输出端之间，所述第二升压电路的升压支路位于所述第二升压电路的负极输入端与负极输出端之间。

根据本申请的另一个方面，提供一种逆变装置，包括后级逆变电路和前级电路；所述前级电路采用所述的组合式升压功率变换模块；所述组合式升压功率变换模块用于将由其输入端输入的电压升压后从输出端输出；所述逆变电路的输入端耦合该组合式升压功率变换模块的输出端，用以将其输出的直流电逆变为交流电。

根据本申请的另一个方面，提供一种光伏发电系统，包括光伏组件、前级电路和后级电路；所述前级电路采用所述的组合式升压功率变换模块；所述光伏组件与所述组合式升压功率变换模块一一对应且与其输入端耦合；所述组合式升压功率变换模块用于将光伏组件的输出电压升压后由其输出端输出至后级电路。

本申请实施例的组合式升压功率变换模块、逆变装置以及光伏发电系统，与现有的对称BOOST升压电路对比，电感数量少，产品接线简单，能够实现母线平衡。

附图说明

图1为现有的对称BOOST升压电路示意图；

图2为现有的一种升压电路示意图；

图3为图2中升压电路的发波时序示意图；

图4为现有的另一种升压电路示意图；

图5为图4中升压电路的发波时序示意图；

图6为本申请实施例提供的组合式升压功率变换模块示意图；

图7为图6中升压电路的发波时序示意图；

图8为本申请实施例提供的另一组合式升压功率变换模块示意图；

图9为图8中升压电路的发波时序示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

如图6所示，本申请实施例提供一种组合式升压功率变换模块，包括第一升压电路和第二升压电路；

所述第一升压电路的正极输出端与所述第二升压电路的正极输出端连接在一起，所述第一升压电路的中性点输出端与所述第二升压电路的中性点输出端连接在一起，所述第一升压电路的负极输出端与所述第二升压电路的负极输出端连接在一起；

所述第一升压电路的升压支路位于所述第一升压电路的正极输入端与正极输出端之间，所述第二升压电路的升压支路位于所述第二升压电路的负极输入端与负极输出端之间。

具体地，所述第一升压电路包括第一正极输入端、第一负极输入端、第一升压电感L1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管Q1、第二开关管 Q2、第一电容C1以及第二电容C2；所述第一升压电感L1和所述第一二极管 D1形成所述第一升压电路的升压支路；

所述第一正极输入端与所述第一升压电感L1的一端连接，所述第一升压电感L1的另一端与所述第一二极管D1的阳极端以及所述第一开关管Q1的第一电极端连接；所述第一二极管D1的阴极端与所述第一电容C1的一端连接并形成所述第一升压电路的正极输出端，所述第一电容C1的另一端与所述第二电容C2的一端以及所述第二二极管D2的阴极端连接并形成所述第一升压电路的中性点输出端；所述第二二极管D2的阳极端与所述第一开关管Q1的第二电极端以及所述第二开关管Q2的第一电极端连接；所述第一负极输入端与所述第二开关管Q2的第二电极端以及所述第二电容C2的另一端连接并形成所述第一升压电路的负极输出端；

所述第一开关管Q1、所述第二开关管Q2的控制端均用于接收控制信号，以断开或者导通其第一电极端和其第二电极端之间的电连接。

所述第二升压电路包括第二正极输入端、第二负极输入端、第二升压电感 L2、第三二极管D3、第四二极管D4、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第三电容C3以及第四电容C4；所述第二升压电感L2和第三二极管D3形成所述第二升压电路的升压支路；

所述第二负极输入端与所述第二升压电感L2的一端连接，所述第二升压电感L2的另一端与所述第三二极管D3的阴极端以及所述第四开关管Q4的第二电极端连接；所述第三二极管D3的阳极端与所述第四电容C4的一端连接并形成所述第二升压电路的负极输出端，所述第四电容C4的另一端与所述第三电容C3的一端以及所述第四二极管D4的阳极端连接并形成所述第二升压电路的中性点输出端；所述第四二极管D4的阴极端与所述第三开关管Q3的第二电极端以及所述第四开关管Q4的第一电极端连接；所述第二正极输入端与所述第三开关管Q3的第一电极端以及所述第三电容C3的另一端连接并形成所述第二升压电路的正极输出端；

所述第三开关管Q3以及所述第四开关管Q4的控制端均用于接收控制信号，以断开或者导通其第一电极端和其第二电极端之间的电连接。

在本实施例中，所述第一开关管Q1、所述第二开关管Q2、所述第三开关管Q3以及所述第四开关管Q4均包括金属-氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管、三极管中的一种。

基于图6所示的组合式升压功率变换模块，本申请实施例还提供一种组合式升压功率变换模块的控制方法，所述方法包括：

当所述第一正极输出端或者所述第二正极输出端的电压大于第一预设值时，控制所述第一开关管Q1和所述第二开关管Q2之间的死区时间增大，和/ 或，控制所述第三开关管Q3和所述第四开关管Q4之间的死区时间减小；

当所述第一负极输出端或者所述第二负极输出端的电压大于第二预设值时，控制所述第一开关管Q1和所述第二开关管Q2之间的死区时间减小，和/ 或，控制所述第三开关管Q3和所述第四开关管Q4之间的死区时间增大。

请结合图7进行理解，在本实施例中，第一升压电路易导致负直流母线 BUS-电压偏高，第二升压电路易导致正直流母线BUS+电压偏高。可通过控制发波时序的死区时间(t1+t2)及死区时间(t3+t4)来达到直流母线平衡。具体调节过程如下：

若出现正直流母线BUS+电压偏高，可通过以下任何一种方法实现母线平衡：1)加大t1+t2时间；2)减小t3+t4时间；3)加大t1+t2时间，同时减小 t3+t4时间。

若出现负直流母线BUS-电压偏高，可通过以下任何一种方法实现母线平衡：1)加大t3+t4时间；2)减小t1+t2时间；3)加大t3+t4时间，同时减小 t1+t2时间。

实施例2

如图8所示，本申请实施例提供一种组合式升压功率变换模块，包括第一升压电路、第二升压电路；所述第一升压电路和所述第二升压电路可参考实施例1所述内容，在此不作赘述。

在该示例中，所述组合式升压功率变换模块还包括与所述第一升压电路共负极输出端的第三升压电路；

所述第一升压电路的正极输出端与所述第三升压电路的正极输出端连接在一起，所述第一升压电路的中性点输出端与所述第三升压电路的中性点输出端连接在一起；

所述第三升压电路的升压支路位于所述第三升压电路的正极输入端与正极输出端之间。

具体地，所述第三升压电路包括第三正极输入端、第三负极输入端、第三升压电感L3、第五二极管D5、第六二极管D6、第五开关管Q5以及第六开关管Q6；所述第三升压电感L3和所述第五二极管D5形成所述第三升压电路的升压支路；

所述第三正极输入端与所述第三升压电感L3的一端连接，所述第三升压电感L3的另一端与所述第五二极管D5的阳极端以及所述第五开关管Q5的第一电极端连接；所述第五二极管D5的阴极端形成所述第三升压电路的正极输出端；所述第六开关管Q6的阳极端与所述第五开关管Q5的第二电极端以及所述第六开关管Q6的第一电极端连接，所述第六开关管Q6的阴极端形成所述第三升压电路的中性点输出端；所述第三负极输入端与所述第六开关管Q6 的第二电极端以及第一升压电路的负极输出端连接；

所述第五开关管Q5、所述第六开关管Q6均用于接收控制信号，以断开或者导通其第一电极端和其第二电极端之间的电连接。

进一步地，所述组合式升压功率变换模块还包括与所述第二升压电路共正极输出端的第四升压电路；

所述第二升压电路的负极输出端与所述第四升压电路的负极输出端连接在一起，所述第二升压电路的中性点输出端与所述第四升压电路的中性点输出端连接在一起；

所述第四升压电路的升压支路位于所述第四升压电路的负极输入端与负极输出端之间。

具体地，所述第四升压电路包括第四正极输入端、第四负极输入端、第四升压电感L4、第七二极管D7、第八二极管D8、第七开关管Q7以及第八开关管Q8；

所述第四负极输入端与所述第四升压电感L4的一端连接，所述第四升压电感L4的另一端与所述第七二极管D7的阴极端以及所述第八开关管Q8的第二电极端连接；所述第七二极管D7的阳极端形成所述第四升压电路的负极输出端；所述第八二极管D8的阴极端与所述第七开关管Q7的第二电极端以及所述第八开关管Q8的第一电极端连接，所述第八二极管D8的阳极端形成所述第四升压电路的中性点输出端；所述第四正极输入端与所述第七开关管Q7 的第一电极端以及所述第二升压电路的正极输出端连接；

所述第七开关管Q7以及所述第八开关管Q8的控制端均用于接收控制信号，以断开或者导通其第一电极端和其第二电极端之间的电连接。

在该示例中，所述第五开关管Q5、所述第六开关管Q6、所述第七开关管 Q7以及所述第八开关管Q8的控制端均用于接收控制信号，以断开或者导通其第一电极端和其第二电极端之间的电连接。

在该示例中，所述第五开关管Q5、所述第六开关管Q6、所述第七开关管 Q7以及所述第八开关管Q8均包括金属-氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管、三极管中的一种。

基于图8所示的组合式升压功率变换模块，本申请实施例还提供一种组合式升压功率变换模块的控制方法，所述方法包括：

当所述第一正极输出端或者所述第二正极输出端的电压大于第三预设值时，控制所述第一开关管Q1和所述第二开关管Q2之间的死区时间、以及所述第五开关管Q5和所述第六开关管Q6之间的死区时间之和增大，和/或，控制所述第三开关管Q3和所述第四开关管Q4之间的死区时间、以及所述第七开关管Q7和所述第八开关管Q8之间的死区时间之和减小；

当所述第一负极输出端或者所述第二负极输出端的电压大于第四预设值时，控制所述第一开关管Q1和所述第二开关管Q2之间的死区时间、以及所述第五开关管Q5和所述第六开关管Q6之间的死区时间之和减小，和/或，控制所述第三开关管Q3和所述第四开关管Q4之间的死区时间、以及所述第七开关管Q7和所述第八开关管Q8之间的死区时间之和增大。

请结合图9进行理解，与图7类似的：

若出现正直流母线BUS+电压偏高，可通过以下任何一种方法实现母线平衡：1)加大T1(t1+t2+t5+t6)时间；2)减小T2(T2＝t3+t4+t7+t8)时间； 3)加大T1时间，同时减小T2时间。

若出现负直流母线BUS-电压偏高，可通过以下任何一种方法实现母线平衡：1)加大T2时间；2)减小T1时间；3)加大T2时间，同时减小T1时间。

需要说明的是，在本示例中，组合式升压功率变换模块并不限于四路升压电路，当升压电路路数大于四路时，同样可以利用类似图8-图9的组合方式及均压策略来实现系统电路设计最优化。

实施例3

本申请实施例提供一种逆变装置，包括后级逆变电路和前级电路；所述前级电路采用实施例1或者实施例2所述的组合式升压功率变换模块；所述组合式升压功率变换模块用于将由其输入端输入的电压升压后从输出端输出；所述逆变电路的输入端耦合该组合式升压功率变换模块的输出端，用以将其输出的直流电逆变为交流电。

实施例4

本申请实施例提供一种光伏发电系统，包括光伏组件、前级电路和后级电路；所述前级电路采用实施例1或者实施例2所述的组合式升压功率变换模块；所述光伏组件与所述组合式升压功率变换模块一一对应且与其输入端耦合；所述组合式升压功率变换模块用于将光伏组件的输出电压升压后由其输出端输出至后级电路。

实施例3-4的装置和系统，由于采用了前述实施例的组合式升压功率变换模块，因而其继承了该组合式升压功率变换模块的全部优势。

以上参照附图说明了本申请的优选实施例，并非因此局限本申请的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请的权利范围之内。

Claims (8)

1.一种组合式升压功率变换模块，其特征在于，包括第一升压电路和第二升压电路；

所述第一升压电路的正极输出端与所述第二升压电路的正极输出端连接在一起，所述第一升压电路的中性点输出端与所述第二升压电路的中性点输出端连接在一起，所述第一升压电路的负极输出端与所述第二升压电路的负极输出端连接在一起；

所述第一升压电路的升压支路位于所述第一升压电路的正极输入端与正极输出端之间，所述第二升压电路的升压支路位于所述第二升压电路的负极输入端与负极输出端之间。

2.根据权利要求1所述的组合式升压功率变换模块，其特征在于，所述第一升压电路包括第一正极输入端、第一负极输入端、第一升压电感L1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一电容C1以及第二电容C2；所述第一升压电感L1和所述第一二极管D1形成所述第一升压电路的升压支路；

所述第一正极输入端与所述第一升压电感L1的一端连接，所述第一升压电感L1的另一端与所述第一二极管D1的阳极端以及所述第一开关管Q1的第一电极端连接；所述第一二极管D1的阴极端与所述第一电容C1的一端连接并形成所述第一升压电路的正极输出端，所述第一电容C1的另一端与所述第二电容C2的一端以及所述第二二极管D2的阴极端连接并形成所述第一升压电路的中性点输出端；所述第二二极管D2的阳极端与所述第一开关管Q1的第二电极端以及所述第二开关管Q2的第一电极端连接；所述第一负极输入端与所述第二开关管Q2的第二电极端以及所述第二电容C2的另一端连接并形成所述第一升压电路的负极输出端；

所述第二升压电路包括第二正极输入端、第二负极输入端、第二升压电感L2、第三二极管D3、第四二极管D4、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第三电容C3以及第四电容C4；所述第二升压电感L2和第三二极管D3形成所述第二升压电路的升压支路；

所述第二负极输入端与所述第二升压电感L2的一端连接，所述第二升压电感L2的另一端与所述第三二极管D3的阴极端以及所述第四开关管Q4的第二电极端连接；所述第三二极管D3的阳极端与所述第四电容C4的一端连接并形成所述第二升压电路的负极输出端，所述第四电容C4的另一端与所述第三电容C3的一端以及所述第四二极管D4的阳极端连接并形成所述第二升压电路的中性点输出端；所述第四二极管D4的阴极端与所述第三开关管Q3的第二电极端以及所述第四开关管Q4的第一电极端连接；所述第二正极输入端与所述第三开关管Q3的第一电极端以及所述第三电容C3的另一端连接并形成所述第二升压电路的正极输出端；

所述第一开关管Q1、所述第二开关管Q2、所述第三开关管Q3以及所述第四开关管Q4的控制端均用于接收控制信号，以断开或者导通其第一电极端和其第二电极端之间的电连接。

3.根据权利要求1所述的组合式升压功率变换模块，其特征在于，所述组合式升压功率变换模块还包括与所述第一升压电路共负极输出端的第三升压电路、与所述第二升压电路共正极输出端的第四升压电路；

所述第一升压电路的正极输出端与所述第三升压电路的正极输出端连接在一起，所述第一升压电路的中性点输出端与所述第三升压电路的中性点输出端连接在一起；

所述第三升压电路的升压支路位于所述第三升压电路的正极输入端与正极输出端之间；

所述第二升压电路的负极输出端与所述第四升压电路的负极输出端连接在一起，所述第二升压电路的中性点输出端与所述第四升压电路的中性点输出端连接在一起；

所述第四升压电路的升压支路位于所述第四升压电路的负极输入端与负极输出端之间。

4.根据权利要求3所述的组合式升压功率变换模块，其特征在于，所述第三升压电路包括第三正极输入端、第三负极输入端、第三升压电感L3、第五二极管D5、第六二极管D6、第五开关管Q5以及第六开关管Q6；所述第三升压电感L3和所述第五二极管D5形成所述第三升压电路的升压支路；

所述第三正极输入端与所述第三升压电感L3的一端连接，所述第三升压电感L3的另一端与所述第五二极管D5的阳极端以及所述第五开关管Q5的第一电极端连接；所述第五二极管D5的阴极端形成所述第三升压电路的正极输出端；所述第六二极管D6的阳极端与所述第五开关管Q5的第二电极端以及所述第六开关管Q6的第一电极端连接，所述第六二极管D6的阴极端形成所述第三升压电路的中性点输出端；所述第三负极输入端与所述第六开关管Q6的第二电极端以及第一升压电路的负极输出端连接；

所述第四升压电路包括第四正极输入端、第四负极输入端、第四升压电感L4、第七二极管D7、第八二极管D8、第七开关管Q7以及第八开关管Q8；

所述第四负极输入端与所述第四升压电感L4的一端连接，所述第四升压电感L4的另一端与所述第七二极管D7的阴极端以及所述第八开关管Q8的第二电极端连接；所述第七二极管D7的阳极端形成所述第四升压电路的负极输出端；所述第八二极管D8的阴极端与所述第七开关管Q7的第二电极端以及所述第八开关管Q8的第一电极端连接，所述第八二极管D8的阳极端形成所述第四升压电路的中性点输出端；所述第四正极输入端与所述第七开关管Q7的第一电极端以及所述第二升压电路的正极输出端连接；

所述第五开关管Q5、所述第六开关管Q6、所述第七开关管Q7以及所述第八开关管Q8的控制端均用于接收控制信号，以断开或者导通其第一电极端和其第二电极端之间的电连接。

5.根据权利要求4所述的组合式升压功率变换模块，其特征在于，所述第五开关管Q5、所述第六开关管Q6、所述第七开关管Q7以及所述第八开关管Q8均包括金属-氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管、三极管中的一种。

6.根据权利要求2所述的组合式升压功率变换模块，其特征在于，所述第一开关管Q1、所述第二开关管Q2、所述第三开关管Q3、所述第四开关管Q4均包括金属-氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管、三极管中的一种。

7.一种逆变装置，其特征在于，包括后级逆变电路和前级电路；所述前级电路采用如权利要求1-6中任一项所述的组合式升压功率变换模块；所述组合式升压功率变换模块用于将由其输入端输入的电压升压后从输出端输出；所述逆变电路的输入端耦合该组合式升压功率变换模块的输出端，用以将其输出的直流电逆变为交流电。

8.一种光伏发电系统，其特征在于，包括光伏组件、前级电路和后级电路；所述前级电路采用如权利要求1-5中任一项所述的组合式升压功率变换模块；所述光伏组件与所述组合式升压功率变换模块一一对应且与其输入端耦合；所述组合式升压功率变换模块用于将光伏组件的输出电压升压后由其输出端输出至后级电路。

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