用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DC/DC变换器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DC/DC变换器，包括具有两个功率开关管的双管结构、直流电压源、输出功率二极管和滤波电容，直流电压源与双管结构的输入端相连接，输出功率二极管和滤波电容串联后与双管结构的输出端相连接，滤波电容为DC/DC变换器的输出端，较佳的，设有耦合电感结构单元，形成耦合电感双管升压的变换模式，本实用新型专利技术能够将升压比提高到较高的水平，从而弥补传统Boost电路用于光伏逆变器的缺陷，且具有升压增益高，体积小，转换效率高，主功率开关管电压应力低的优点。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种DC/DC变换器，具体是涉及一种用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DC/DC变换器。 
技术介绍
目前，分布式光伏发电的发展和应用已成为最有效的新能源应用方式之一。分布式光伏发电系统通常包括光伏电池板和离/并网光伏逆变器，其中光伏逆变器是实现将光伏电池输出的直流电转换为交流电的主要技术环节。一般光伏逆变器内部包括最大功率追踪（MPPT）环节和直流—交流（DC/AC）逆变器环节。由于电池板单元电压较低，为了满足后级DC/AC逆变的需要，前级MPPT环节通常需要采用高增益的直流—直流（DC/DC）变换器大幅度的提升直流电压等级。 光伏逆变器为了实现最大功率追踪（MPPT），一般前级需要采用DC/DC变换器，将变化的光伏（PV）电压变换成一种稳定的输出电压以供后级DC/AC逆变器工作，常采用的DC/DC变换器主要是降压斩波器（Buck降压电路）和升压斩波器（Boost升压电路）等。其中Boost电路因为输入电流连续，工作电压范围宽，成为MPPT环节的首选。但传统的Boost电路本身的特点决定了其占空比不能过大（一般不超过70%），这导致Boost升压电路难以将单体的光伏电池的电压升压到较高的母线电压水平。这样，当PV电压较低时，将无法保证后级DC/AC逆变器环节的正常工作。因此，需要更高增益的DC/DC变换器应用于MPPT环节，但由此带来的较大的输入电流又要求选择低导通电阻的低压开关管以降低通态损耗，即要求开关管的电压应力低，所以如何提升变换器的电压增益同时降低开关管的电压应力，成为迫切需要解决的关键问题。 >就现有技术而言，解决这一问题的方法大多是通过隔离型DC/DC变换器如推挽变换器等，这样形式的DC/DC变换器需要隔离采样、驱动，实现成本较高；此外，也有采用级联型变换器和开关电感/开关电容类变换器的，但是，级联型变换器由于需要逐级升高电压，因此结构较为复杂且效率低下，而开关电感/开关电容类变换器的增益有限，且功率开关管电压应力/电流应力较大。 
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术提出一种用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DC/DC变换器，具有升压增益高，体积小，转换效率高，主功率开关管电压应力低的优点。 本技术的技术方案是这样实现的： 一种用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DC/DC变换器，包括具有两个功率开关管的双管结构、直流电压源、输出功率二极管和滤波电容，所述直流电压源与所述双管结构的输入端相连接，所述输出功率二极管和所述滤波电容串联后与所述双管结构的输出端相连接，所述滤波电容为所述DC/DC变换器的输出端，所述双管结构能够增加所述DC/DC变换器的输出电压增益的同时，降低所述功率开关管的电压应力。作为本技术的进一步改进，所述双管结构能够增加所述DC/DC变换器的输出电压增益的同时，降低所述功率开关管的电压应力的结构是：所述双管结构包括第一电感、第二电感、第一功率开关管、第二功率开关管；其中，所述第一功率开关管的阳极、所述第一电感的一端分别与所述直流电压源的正极相连接，所述第一电感的另一端与所述第二功率开关管的阳极相连接，所述第二功率开关管的阴极、所述第二电感的一端分别与所述直流电压源的负极相连接，所述第二电感的另一端与所述第一功率开关管的阴极连接。 作为本技术的进一步改进，设有耦合电感结构单元，所述耦合电感结构单元取代所述第一电感，所述耦合电感结构单元包括：第一功率二极管、第二功率二极管和相互耦合的第三电感与第四电感；其中，所述第三电感、所述第四电感、所述第一功率二极管依次串联，来自所述直流电压源的正向电流流入所述第三电感和所述第四电感的同名端，且流入所述第一功率二极管的阳极，所述第二功率二极管的阳极接入所述第三电感和第四电感之间的连接点，所述第二功率二极管的阴极与所述第一功率二极管的阴极相连接。 作为本技术的进一步改进，所述第三电感和所述第四电感相互耦合，且正向电流同时流进所述第三电感与所述第四电感的同名端。 作为本技术的进一步改进，所述第一功率开关管为MOS管和IGBT管中的一种，所述第二功率开关管为MOS管和IGBT管中的一种。 本技术的有益效果是：本技术提供一种用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DC/DC变换器，采用的耦合电感双管升压方案，是在传统的Boost升压电路上进行改进创新，通过耦合电感双管升压的变换模式，可以将升压比提高到较高的水平，从而弥补传统Boost升压电路用于光伏逆变器时的缺陷。此外，本技术具有升压增益高，体积小，转换效率高，主功率开关管电压应力低的优点。采用本技术技术方案，可以在电路成本和控制难度增加很小的情况下，使光伏逆变器具有更宽的MPPT范围，提高光伏逆变器配置的灵活性和应用范围。 附图说明图1为本技术电路原理示意图； 图2为本技术在输入电压Vi=20V，第一功率开关管S1、第二功率开关管S2的占空比D=0.646，负载RL=200Ω，耦合电感匝比为1:1:2实验时，第一功率开关管电压的波形；图3为本技术在输入电压Vi=20V，第一功率开关管S1、第二功率开关管S2的占空比D=0.646，负载RL=200Ω，耦合电感匝比为1:1:2实验时，第二功率开关管电压的波形；图4为本技术在输入电压Vi=20V，第一功率开关管S1、第二功率开关管S2的占空比D=0.646，负载RL=200Ω，耦合电感匝比为1:1:2实验时，第三电感电流的波形；图5为本技术在输入电压Vi=20V，第一功率开关管S1、第二功率开关管S2的占空比D=0.646，负载RL=200Ω，耦合电感匝比为1:1:2实验时，第四电感电流的波形；图6为本技术在输入电压Vi=20V，第一功率开关管S1、第二功率开关管S2的占空比D=0.646，负载RL=200Ω，耦合电感匝比为1:1:2实验时，第二电感电流的波形；图7为本技术在输入电压Vi=20V，第一功率开关管S1、第二功率开关管S2的占空比D=0.646，负载RL=200Ω，耦合电感匝比为1:1:2实验时，滤波电容电压的波形。结合附图，作以下说明： Vi——直流电压源           D0——输出功率二极管C——滤波电容              L2——第二电感S1——第一功率开关管       S2——第二功率开关管D1a——第一功率二极管       D1b——第二功率二极管L1a——第三电感             L1b——第四电感RL——负载                 Vo——滤波电容电压具体实施方式如图1所示，一种用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DC/DC变换器，包括具有两个功率开关管的双管结构、直流电压源Vi、输出功率二极管D0和滤波电容C，直流电压源Vi与双管结构的输入端相连接，输出功率二极管D0和滤波电容C串联后与双管结构的输出端相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DC/DC变换器，其特征在于：包括具有两个功率开关管的双管结构、直流电压源（Vi）、输出功率二极管（D0）和滤波电容（C），所述直流电压源与所述双管结构的输入端相连接，所述输出功率二极管和所述滤波电容串联后与所述双管结构的输出端相连接，所述滤波电容为所述DC/DC变换器的输出端，所述双管结构包括第一电感、第二电感（L2）、第一功率开关管（S1）、第二功率开关管（S2），其中，所述第一功率开关管的阳极、所述第一电感的一端分别与所述直流电压源的正极相连接，所述第一电感的另一端与所述第二功率开关管的阳极相连接，所述第二功率开关管的阴极、所述第二电感的一端分别与所述直流电压源的负极相连接，所述第二电感的另一端与所述第一功率开关管的阴极连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DC/DC变换器，其特征在于：包括具有两个功率开关管的双管结构、直流电压源（Vi）、输出功率二极管（D0）和滤波电容（C），所述直流电压源与所述双管结构的输入端相连接，所述输出功率二极管和所述滤波电容串联后与所述双管结构的输出端相连接，所述滤波电容为所述DC/DC变换器的输出端，所述双管结构包括第一电感、第二电感（L2）、第一功率开关管（S1）、第二功率开关管（S2），其中，所述第一功率开关管的阳极、所述第一电感的一端分别与所述直流电压源的正极相连接，所述第一电感的另一端与所述第二功率开关管的阳极相连接，所述第二功率开关管的阴极、所述第二电感的一端分别与所述直流电压源的负极相连接，所述第二电感的另一端与所述第一功率开关管的阴极连接。
2.根据权利要求1所述的用于光伏逆变器MPPT环节的高增益DC/DC变换器，其特征在于：设有耦合电感结构单元，所述耦合电感结构单元取...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡鹏，王小峰，杨树，汤雨，
申请(专利权)人：江苏博纬新能源科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：