專利名稱：用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開關高增益升壓型變換器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種直流-直流變換器，具體涉及一種用于分布式光伏發(fā)電的單 相軟開關高增益升壓型變換器。
背景技術：
在分布式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，為了提高太陽能電池本身的發(fā)電效率，一般采 用太陽能電池并聯(lián)結構。然而，單塊太陽能電池板的輸出電壓較低且變化范圍較寬，而并網(wǎng) 逆變器所需的母線電壓較高，因此需要一級直流_直流變換器實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。該直流_直 流變換器的輸入電流為連續(xù)電流可提高光伏電池板的利用率。如何實現(xiàn)輸入電流連續(xù)的高 增益高效率的單相直流_直流變換器對于推動光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要推動意義。常規(guī)的單相升壓型(Boost)直流-直流變換器的電壓增益僅有開關管的占空比決 定，難以實現(xiàn)大于十倍的電壓增益輸出。功率器件的電壓應力等于輸出電壓，電壓應力較 高。而且，變換器工作在硬開關狀態(tài)，開關損耗較大。為了實現(xiàn)Boost變換器的軟開關動 作，近年來，相繼研究了一些通過附加有源功率開關或無源器件的軟開關方案，這些電路雖 然實現(xiàn)了軟開關動作，但是不能降低開關管的電壓應力，也不能實現(xiàn)系統(tǒng)的高增益變換。為 了提升變換器的電壓增益，一種方案是采用開關電容的方案，但這種方案所需開關管數(shù)量 較多，增加了系統(tǒng)成本；另外的方案是采用復雜的三繞組耦合電感方案，這種方案的缺點是 耦合電感結構復雜，不利于工業(yè)加工，難以保證電路的一致性。現(xiàn)有的采用耦合電感實現(xiàn)的 高增益變換器，輸入電流為斷續(xù)模式，為了減少輸入電流紋波，需采用大容量的電解電容， 既增加了變換器體積，又影響了光伏發(fā)電的利用率。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型為了解決現(xiàn)有工作在軟開關狀態(tài)的變換器存在成本高、結構復雜的問 題，提供一種輸入電流連續(xù)、所有功率器件均為軟開關動作、成本低、結構簡單的用于分布 式光伏發(fā)電的單相軟開關高增益升壓型變換器。一種用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開關高增益升壓型變換器，包括依次連接的工 作于輸入電流連續(xù)模式的單相Boost升壓電路單元、變壓器倍壓電路單元和輸出電路單 元，所述輸出電路單元與負載連接，其特征在于所述工作于輸入電流連續(xù)模式的單相Boost升壓電路單元由一個輸入濾波電感、 兩個功率開關管、一個并聯(lián)電容和一個箝位電容構成，其中輸入濾波電感的第一端與電源的正極相連，輸入濾波電感的第二端與第一功率開 關管的漏極及第二功率開關管的源極相連，第二功率開關管的漏極與箝位電容的第一端相 連，并聯(lián)電容的第一端與第一功率開關管的漏極相連，并聯(lián)電容的第二端與第一功率開關 管的源極和電源的負極相連；所述的變壓器倍壓電路單元由一個具有兩個繞組的變壓器、一個隔直電容、一個 倍壓電容及一個續(xù)流二極管構成，其中[0009]變壓器第一繞組的第一端與隔直電容的一端相連，隔直電容的另一端和第一功率 開關管的漏極與第二功率開關管的源極相連，變壓器第二繞組的一端與第二功率開關管的 漏極及續(xù)流二極管的陽極相連，變壓器第二繞組的另一端與倍壓電容的一端相連，倍壓電 容的另一端與續(xù)流二極管的陰極相連；所述的輸出電路單元中，輸出二極管的陽極與續(xù)流二極管的陰極相連，輸出二極 管的陰極與輸出電容的第一端相連，輸出電容的第二端與電源的負極相連。進一步，所述箝位電容的第二端與電源負極相連?；蛘?，所述箝位電容的第二端與電源正極相連。或者，所述箝位電容的第二端與輸出電容的第一端相連。進一步，所述變壓器第一繞組的第二端與電源的負極相連?；蛘?，所述變壓器第一繞組的第二端與第二功率開關管的漏極相連?；蛘撸鲎儔浩鞯谝焕@組的第二端與輸出二極管的陰極相連。本實用新型中的續(xù)流二極管和輸出二極管中的一個或多個改成同步整流管，均能 正常工作。本實用新型變換器工作時，利用變壓器的匝比，為變換器的電壓增益調(diào)整提供了 一個新的變量，可通過合理設計變壓器匝比和開關管占空比來實現(xiàn)寬范圍和大升壓比調(diào) 節(jié)；利用變壓器的匝比調(diào)節(jié)，可降低功率器件的電壓應力，大大降低了器件的導通損耗；由 于并聯(lián)電容的存在，實現(xiàn)了第一功率開關管和第二功率開關管的零電壓關斷；在整個開關 周期中，通過控制第一功率開關管和第二功率開關管的門極脈沖，可使第一、第二功率開關 管實現(xiàn)零電壓開通。本實用新型的優(yōu)點，實現(xiàn)了變換器的高增益輸出；實現(xiàn)了第一、第二功率開關管的 零電壓關斷和開通；輸入電流紋波較??；且結構簡單，成本低，無需額外的檢測電路，電路 中無能量損耗元件，可提高變換器的輸出增益與電路效率，且換流過程中，功率開關管關斷 時無電壓過沖，續(xù)流二極管和輸出二極管關斷時無電流過沖。

圖1是本實用新型的第一種連接方式的電路圖；圖2是本實用新型的第二種連接方式的電路圖；圖3是本實用新型的第三種連接方式的電路圖；圖4是本實用新型的第四種連接方式的電路圖；圖5是本實用新型的第五種連接方式的電路圖。
具體實施方式
實施例一參見圖1，本實用新型的用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開關高增益升壓型變換器， 包括依次連接的工作于輸入電流連續(xù)模式的單相Boost升壓電路單元1、變壓器倍壓電路 單元2和輸出電路單元3，所述工作于輸入電流連續(xù)模式的單相Boost升壓電路單元1中，輸入濾波電感Lf 的第一端與電源Vin的正極相連，輸入濾波電感Lf的第二端與第一功率開關管S1的漏極及第二功率開關管S2的源極相連，第二功率開關管S2的漏極與箝位電容Cc的第一端相連，并 聯(lián)電容Cs的第一端與第一功率開關管S1的漏極相連，并聯(lián)電容Cs的第二端與第一功率開 關管S1的源極和電源Vin的負極及箝位電容Cc的第二端相連；所述變壓器倍壓電路單元2中，變壓器第一繞組L1的第一端與隔直電容Cb的一端 相連，隔直電容Cb的另一端和第一功率開關管S1的漏極與第二功率開關管S2的源極相連， 變壓器第一繞組L1的第二端與電源Vin的負極相連，變壓器第二繞組L2的一端與第二功率 開關管S2的漏極及續(xù)流二極管Dr的陽極相連，變壓器第二繞組L2的另一端與倍壓電容Cm 的一端相連，倍壓電容Cm的另一端與續(xù)流二極管Dr的陰極相連；所述輸出電路單元3中，輸出二極管Do的陽極與續(xù)流二極管Dr的陰極相連，輸出 二極管Do的陰極與輸出電容Co的第一端相連，輸出電容Co的第二端與電源Vin的負極相 連。輸出電容Co的電壓為Vout，能量最終傳遞給負載Ro。用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開關高增益升壓型變換器在一個開關周期內(nèi)有兩 種工作過程，即第一功率開關管S1關斷與第二功率開關管S2開通之間的換流過程和第二功 率開關管S2關斷和第一功率開關管S1開通之間的換流過程。第一功率開關管S1關斷與第二功率開關管S2開通之間的換流換流前，電路處于第一功率開關管S1和輸出二極管Do導通，第二功率開關管S2和 續(xù)流二極管Dr關斷的穩(wěn)定工作狀態(tài)。當?shù)谝还β书_關管S1關斷時，由于并聯(lián)電容Cs的存 在，第一功率開關管S1的電壓從零開始以一定斜率線性上升，即第一功率開關管S1實現(xiàn)了 零電壓關斷。第一功率開關管S1的電壓上升到一定值時，第二功率開關管S2體內(nèi)二極管開 通，第二功率開關管S2體內(nèi)二極管開通后，給出第二功率開關管S2的門極驅(qū)動信號，實現(xiàn)了 第二功率開關管S2的零電壓開通。在這個過程，輸出二極管Do的電流由一定值以一定斜 率下降到零，輸出二極管Do關斷。而續(xù)流二極管Dr兩端的電壓逐漸下降到零，續(xù)流二極管 Dr導通。之后，電路進入第一功率開關管S1關斷，第二功率開關管S2開通，續(xù)流二極管Dr 開通和輸出二極管Do關斷的穩(wěn)定運行狀態(tài)。第二功率開關管S2關斷和第一功率開關管S1開通之間的換流換流前，電路處于第一功率開關管S1和輸出二極管Do關斷，第二功率開關管S2和 續(xù)流二極管Dr導通的穩(wěn)定工作狀態(tài)。當?shù)诙β书_關管S2關斷時，第二功率開關管S2的 電壓從零開始以一定斜率線性上升，即第二功率開關管S2實現(xiàn)了零電壓關斷。第一功率開 關管S1的電壓從一定值以一定斜率線性下降至零，第一功率開關管S1的體內(nèi)二極管導通， 然后給出第一功率開關管S1的門極驅(qū)動信號，實現(xiàn)了第一功率開關管S1的零電壓開通。在 這個過程中，續(xù)流二極管Dr的電流從一定值以一定斜率下降到零，續(xù)流二極管Dr關斷。而 輸出二極管Do兩端的電壓逐漸下降到零，輸出二極管Do導通。之后，電路進入第一功率開 關管S1導通，第二功率開關管S2關斷，續(xù)流二極管Dr關斷和輸出二極管Do導通的穩(wěn)定運 行狀態(tài)。實施例二參見圖2，本實施例與實施例一的不同之處在于，所述箝位電容Cc的第二端與電 源Vin正極相連。其余結構和功能均相同。實施例三[0039]參見圖3，本實施例與實施例一、二的不同之處在于，所述箝位電容Cc的第二端與 輸出電容Co的第一端相連。其余結構和功能均相同。實施例四參見圖4，本實施例與實施例一的不同之處在于，變壓器第一繞組L1的第二端與第 二功率開關管S2的漏極相連。其余結構和功能均相同。實施例五參見圖5，本實施例與實施例一、四的不同之處在于，變壓器第一繞組L1的第二端 與輸出二極管Do的陰極相連。其余結構和功能均相同。本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對實用新型構思的實現(xiàn)形式的列舉，本實用新 型的保護范圍的不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護范圍也 及于本領域技術人員根據(jù)本實用新型構思所能夠想到的等同技術手段。
權利要求1.一種用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開關高增益升壓型變換器，包括依次連接的工作 于輸入電流連續(xù)模式的單相Boost升壓電路單元、變壓器倍壓電路單元和輸出電路單元， 所述輸出電路單元與負載連接，其特征在于所述工作于輸入電流連續(xù)模式的單相Boost升壓電路單元由一個輸入濾波電感、兩個 功率開關管、一個并聯(lián)電容和一個箝位電容構成，其中輸入濾波電感的第一端與電源的正極相連，輸入濾波電感的第二端與第一功率開關管 的漏極及第二功率開關管的源極相連，第二功率開關管的漏極與箝位電容的第一端相連， 并聯(lián)電容的第一端與第一功率開關管的漏極相連，并聯(lián)電容的第二端與第一功率開關管的 源極和電源的負極相連；所述的變壓器倍壓電路單元由一個具有兩個繞組的變壓器、一個隔直電容、一個倍壓 電容及一個續(xù)流二極管構成，其中變壓器第一繞組的第一端與隔直電容的一端相連，隔直電容的另一端和第一功率開關 管的漏極與第二功率開關管的源極相連，變壓器第二繞組的一端與第二功率開關管的漏極 及續(xù)流二極管的陽極相連，變壓器第二繞組的另一端與倍壓電容的一端相連，倍壓電容的 另一端與續(xù)流二極管的陰極相連；所述的輸出電路單元中，輸出二極管的陽極與續(xù)流二極管的陰極相連，輸出二極管的 陰極與輸出電容的第一端相連，輸出電容的第二端與電源的負極相連。
2.如權利要求1所述的用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開關高增益升壓型變換器，其特 征在于所述箝位電容的第二端與電源負極相連。
3.如權利要求1所述的用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開關高增益升壓型變換器，其特 征在于所述箝位電容的第二端與電源正極相連。
4.如權利要求1所述的用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開關高增益升壓型變換器，其特 征在于所述箝位電容的第二端與輸出電容的第一端相連。
5.如權利要求2 4之一所述的用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開關高增益升壓型變換 器，其特征在于所述變壓器第一繞組的第二端與電源的負極相連。
6.如權利要求2 4之一所述的用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開關高增益升壓型變換 器，其特征在于所述變壓器第一繞組的第二端與第二功率開關管的漏極相連。
7.如權利要求2 4之一所述的用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開關高增益升壓型變換 器，其特征在于所述變壓器第一繞組的第二端與輸出二極管的陰極相連。
專利摘要用于分布式光伏發(fā)電的單相軟開關高增益升壓型變換器，包括依次連接的工作于輸入電流連續(xù)模式的單相Boost升壓電路單元、變壓器倍壓電路單元和輸出電路單元，所述工作于輸入電流連續(xù)模式的單相Boost升壓電路單元由一個輸入濾波電感、兩個功率開關管、一個并聯(lián)電容和一個箝位電容構成，所述的變壓器倍壓電路單元由一個具有兩個繞組的變壓器、一個隔直電容、一個倍壓電容及一個續(xù)流二極管構成，所述的輸出電路單元由輸出二極管、輸出電容構成，所述輸出電路與負載相連。本實用新型實現(xiàn)了第一、第二功率開關管的零電壓開通與關斷，降低了輸入電流紋波，且電路結構簡單，控制方便，適用于太陽能分布式發(fā)電的高效率變換場合。
文檔編號H02M3/315GK201789421SQ20102024604
公開日2011年4月6日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權日2010年7月2日
發(fā)明者李威辰, 李武華, 梅燁, 趙一 申請人:杭州浙大太陽電氣有限公司