一种三电平Boost变换器、控制方法及光伏系统技术方案

本申请公开了一种三电平Boost变换器、控制方法及光伏系统。其中，该三电平Boost变换器包括：集成耦合电抗、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管、第一电容和第二电容；所述集成耦合电抗包含第一绕组、第二绕组和公共磁芯，且所述第一绕组和第二绕组均安装在所述公共磁芯上；所述第一绕组的第一端和所述第二绕组的第一端为同名端。利用该三电平Boost变换器，能够显著降低变换器的成本、体积以及重量，还解决了由磁芯本体差异引起的磁芯饱和程度不一致的问题。同时，本申请提供的同开同关控制方法，可以有效避免母线电容不均压问题。

A Three-level Boost Converter, Control Method and Photovoltaic System

【技术实现步骤摘要】
一种三电平Boost变换器、控制方法及光伏系统
本专利技术涉及电力电子
，尤其涉及一种三电平Boost变换器、控制方法及光伏系统。
技术介绍
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应，将光能转变为电能的一种技术。由于受光照和温度等因素的影响，光伏电池板输出的电压变化范围较宽，为了最大限度利用光伏电池板的发电能力，光伏逆变器前通常会增加两电平Boost升压电路。参见图1所示，Boost升压电路103与光伏逆变器102连接，在输入电压低于光伏逆变器最小并网直流电压要求时，Boost升压电路103工作以实现升压和最大功率点跟踪；在输入电压高于光伏逆变器最小并网直流电压要求时，为降低损耗，Boost升压电路103不工作，旁路支路101的二极管D导通，实现能量传递。随着光伏发电系统的输入电压配置越来越高，1500V高压系统逐步成为市场的主流。但由于单个开关器件电压应力有限，传统的两电平Boost升压电路难以满足1500V系统要求。参见图2，该图为传统的三电平Boost变换器的示意图，该变换器包括两电平正向Boost电路201和两电平负向Boost电路202。该变换器的开关管Q1、Q2及二极管D1、D2电压应力仅为输出电压的一半，因而在功率器件选型上可以直接使用低成本的较低电压等级功率器件实现高压电力变换。但该变换器需要两个独立的电抗L1和L2，因而体积和重量大。尤其对于包括多路MPPT(MaximumPowerPointTracking，最大功率点跟踪)的并网逆变器，每一路MPPT都包括一个三电平Boost变换器，会导致整个系统的成本、体积和重量大幅增加。同时由于现有技术中对称三电平BOOST电抗采用的是两个基于单独磁芯的独立电抗，受磁芯本体差异性影响，实际应用时两个独立电抗的感值和磁芯饱和程度难以保证一致。且传统的控制方式中，电感电流在Q1开通Q2关断时流经负半母线电容，在Q1关断Q2开通时流经正半母线电容，因而该控制方式需要增加额外的均压控制，导致系统控制复杂。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种三电平Boost变换器、控制方法及光伏系统，显著降低了变换器的成本、体积以及重量，还解决了由磁芯本体差异引起的磁芯饱和程度不一致的问题，且可以有效避免母线电容不平衡问题。本申请提供了一种三电平Boost变换器，包括：集成耦合电抗、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管、第一电容和第二电容；所述集成耦合电抗包含第一绕组、第二绕组和公共磁芯，且所述第一绕组和第二绕组均安装在所述公共磁芯上；所述第一绕组的第一端连接变换器的正输入端，所述第一绕组的第二端连接第一节点；所述第三开关管的第一端连接所述第一节点，所述第三开关管的第二端连接所述变换器的正输出端；所述第一开关管的第一端连接所述第一节点，所述第一开关管的第二端连接第二节点，所述第二开关管的第一端连接所述第二节点，所述第二开关管的第二端连接第三节点；所述第二绕组的第一端连接所述第三节点，所述第二绕组的第二端连接所述变换器的负输入端，所述第四开关管的第一端连接所述负输出端，所述第四开关管的第二端连接所述第三节点；所述第一电容的两端分别连接所述变换器的正输出端和所述第二节点，所述第二电容的两端分别连接所述变换器的负输出端和所述第二节点；所述第一绕组的第一端和所述第二绕组的第一端为同名端。可选的，所述第一绕组所呈现的电感和第二绕组所呈现的电感相同。可选的，所述第一绕组的匝数和所述第二绕组的匝数相同。可选的，所述第一绕组的材质和所述第二绕组的材质相同。可选的，所述第一开关管和第二开关管同时开通或同时关断。可选的，该三电平Boost变换器还包括第一隔离驱动芯片和第二隔离驱动芯片；所述第一隔离驱动芯片副边的输出端连接所述第一开关管的控制端，用于控制所述第一开关管的开关状态；所述第二隔离驱动芯片副边的输出端连接所述第二开关管的控制端，用于控制所述第二开关管的开关状态；所述第一隔离驱动芯片原边对应的发光二极管与所述第二隔离驱动芯片原边对应的发光二极管串联后连接驱动脉冲的逻辑控制电平。可选的，所述第三开关管和第四开关管均为二极管；所述第三开关管的阳极连接所述第一节点，所述第三开关管的阴极连接所述正输出端；所述第四开关管的阳极连接所述负输出端，所述第四开关管的阴极连接所述第三节点。本申请实施例还提供了一种三电平Boost变换器的控制方法，应用于对所述变换器进行控制，所述变换器包括：集成耦合电抗、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管、第一电容和第二电容；所述集成耦合电抗包含第一绕组、第二绕组和公共磁芯；所述第一绕组的第一端连接变换器的正输入端，所述第一绕组的第二端连接第一节点；所述第三开关管的第一端连接所述第一节点，所述第三开关管的第二端连接所述变换器的正输出端；所述第一开关管的第一端连接所述第一节点，所述第一开关管的第二端连接第二节点，所述第二开关管的第一端连接所述第二节点，所述第二开关管的第二端连接第三节点；所述第二绕组的第一端连接所述第三节点，所述第二绕组的第二端连接所述变换器的负输入端，所述第四开关管的第一端连接所述负输出端，所述第四开关管的第二端连接所述第三节点；所述第一电容的两端分别连接所述变换器的正输出端和所述第二节点，所述第二电容的两端分别连接所述变换器的负输出端和所述第二节点；所述第一绕组的第一端和所述第二绕组的第一端为同名端；该方法包括：在所述变换器工作时，控制所述第一开关管和第二开关管同时开通或同时关断。可选的，当所述第一开关管和第二开关管同时开通时，电流路径为：所述第一绕组-第一开关管-第二开关管-第二绕组；当所述第一开关管和第二开关管同时关断时，电流路径为：所述第一绕组-第三开关管-第一电容-第二电容-第四开关管-第二绕组。本申请实施例还提供了一种光伏系统，其特征在于，包括上述任一项所述的三电平Boost变换器，还包括：逆变器和控制器；所述三电平Boost变换器，用于对光伏组件输出的直流电进行升压后发送给所述逆变器；所述逆变器，用于将所述三电平Boost变换器输出的直流电转换为交流电反馈给交流电网；所述控制器，用于在所述三电平Boost变换器工作时，控制所述第一开关管和第二开关管同时开通或同时关断。可选的，所述光伏系统还包括：第三二极管和第四二极管；所述第三二极管的阳极连接所述三电平Boost变换器的正输入端，所述第三二极管的阴极连接所述三电平Boost变换器的正输出端；所述第四二极管的阳极连接所述三电平Boost变换器的负输出端，所述第四二极管的阴极连接所述三电平Boost变换器的负输入端。可选的，所述光伏系统还包括：第一继电器和第二继电器；所述第一继电器的一端连接所述三电平Boost变换器的正输入端，所述第一继电器的另一端连接所述三电平Boost变换器的正输出端；所述第二继电器的一端连接所述三电平Boost变换器的负输出端，所述第二继电器的另一端连接所述三电平Boost变换器的负输入端；所述控制器，还用于在所述三电平Boost变换器不工作时，控制所述第一继电器和第二继电器均闭合。与现有技术相比，本申请至少具有以下优点：本申请提供的三电平Boost变换器，采用了集成耦合电抗，将第一绕组和第二绕组绕制在同一个公共磁芯，由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三电平Boost变换器，其特征在于，包括：集成耦合电抗、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管、第一电容和第二电容；所述集成耦合电抗包含第一绕组、第二绕组和公共磁芯，且所述第一绕组和第二绕组均安装在所述公共磁芯上；所述第一绕组的第一端连接变换器的正输入端，所述第一绕组的第二端连接第一节点；所述第三开关管的第一端连接所述第一节点，所述第三开关管的第二端连接所述变换器的正输出端；所述第一开关管的第一端连接所述第一节点，所述第一开关管的第二端连接第二节点，所述第二开关管的第一端连接所述第二节点，所述第二开关管的第二端连接第三节点；所述第二绕组的第一端连接所述第三节点，所述第二绕组的第二端连接所述变换器的负输入端，所述第四开关管的第一端连接所述负输出端，所述第四开关管的第二端连接所述第三节点；所述第一电容的两端分别连接所述变换器的正输出端和所述第二节点，所述第二电容的两端分别连接所述变换器的负输出端和所述第二节点；所述第一绕组的第一端和所述第二绕组的第一端为同名端。

【技术特征摘要】
1.一种三电平Boost变换器，其特征在于，包括：集成耦合电抗、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管、第一电容和第二电容；所述集成耦合电抗包含第一绕组、第二绕组和公共磁芯，且所述第一绕组和第二绕组均安装在所述公共磁芯上；所述第一绕组的第一端连接变换器的正输入端，所述第一绕组的第二端连接第一节点；所述第三开关管的第一端连接所述第一节点，所述第三开关管的第二端连接所述变换器的正输出端；所述第一开关管的第一端连接所述第一节点，所述第一开关管的第二端连接第二节点，所述第二开关管的第一端连接所述第二节点，所述第二开关管的第二端连接第三节点；所述第二绕组的第一端连接所述第三节点，所述第二绕组的第二端连接所述变换器的负输入端，所述第四开关管的第一端连接所述负输出端，所述第四开关管的第二端连接所述第三节点；所述第一电容的两端分别连接所述变换器的正输出端和所述第二节点，所述第二电容的两端分别连接所述变换器的负输出端和所述第二节点；所述第一绕组的第一端和所述第二绕组的第一端为同名端。2.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述第一绕组所呈现的电感和第二绕组所呈现的电感相同。3.根据权利要求2所述的变换器，其特征在于，所述第一绕组的匝数和所述第二绕组的匝数相同。4.根据权利要求2所述的变换器，其特征在于，所述第一绕组的材质和所述第二绕组的材质相同。5.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管同时开通或同时关断。6.根据权利要求5所述的变换器，其特征在于，还包括第一隔离驱动芯片和第二隔离驱动芯片；所述第一隔离驱动芯片副边的输出端连接所述第一开关管的控制端，用于控制所述第一开关管的开关状态；所述第二隔离驱动芯片副边的输出端连接所述第二开关管的控制端，用于控制所述第二开关管的开关状态；所述第一隔离驱动芯片原边对应的发光二极管与所述第二隔离驱动芯片原边对应的发光二极管串联后连接驱动脉冲的逻辑控制电平。7.根据权利要求1-6任一项所述的变换器，其特征在于，所述第三开关管和第四开关管均为二极管；所述第三开关管的阳极连接所述第一节点，所述第三开关管的阴极连接所述正输出端；所述第四开关管的阳极连接所述负输出端，所述第四开关管的阴极连接所述第三节点。8.一种三电平Boost变换器的控制方法，其特征在于，应用于对所述变换器进行控制，所述变换器包括：集成耦合电抗、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管、第一电容和第二电容；所述集成耦合电抗包含第一绕组、第二绕组和公共磁芯；所述第一绕组的...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪昌友，王鹏，张兵，薛丽英，李顺，
申请(专利权)人：阳光电源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34