一种零开关损耗非隔离直流升压拓扑电路及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种零开关损耗非隔离直流升压拓扑电路及其控制方法，拓扑结构为：输入正极端子(101)与输入侧稳压电容(105)的正极、输入侧二极管(201)的正极相连，输入侧稳压电容(105)的负极与输入负极端子(102)、主开关(206)的负极、输出侧稳压电容(106)的负极、输出侧负极端子(104)相连，输入侧二极管(201)的负极与谐振开关(204)的负极、储能电感(202)的正极相连，谐振开关(204)的正极与谐振电容(203)的一端相连，谐振电容(203)的另一端与储能电感(202)的负极、输出侧二极管(205)的正极、主开关(206)的正极相连，输出侧二极管(205)的负极与输出侧稳压电容(106)的正极、输出侧正极端子(103)相连。该拓扑结构简单且控制简便。制简便。制简便。

【技术实现步骤摘要】
一种零开关损耗非隔离直流升压拓扑电路及其控制方法


[0001]本专利技术属于电源领域，涉及一种单向、并网型零开关损耗非隔离直流升压拓扑电路及其控制方法。

技术介绍

[0002]目前，光伏优化器等装置均为硬开关型升压电路，影响效率。在优化器大规模推广应用后，采用硬开关拓扑的升压技术会明显增加光伏发电系统的损耗。现有的软开关拓扑增加器件多，成本高。因此，亟待一种低成本的软开关升压电路。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术提出一种零开关损耗非隔离直流升压拓扑电路，用于光伏系统中替代现有的硬开关升压拓扑优化器，可以明显降低损耗，提高光伏系统效率。
[0004]本专利技术还提供上述非隔离直流升压拓扑电路的控制方法。
[0005]技术方案：一种零开关损耗非隔离直流升压拓扑电路，包括输入正极端子、输入负极端子、输出正极端子、输出负极端子、输入侧稳压电容、输出侧稳压电容、输入侧二极管、储能电感、谐振电容、谐振开关、输出侧二极管、主开关，输入正极端子与输入侧稳压电容的正极、输入侧二极管的正极相连，输入侧稳压电容的负极与输入负极端子、主开关的负极、输出侧稳压电容的负极、输出侧负极端子相连，输入侧二极管的负极与谐振开关的负极、储能电感的正极相连，谐振开关的正极与谐振电容的一端相连，谐振电容的另一端与储能电感的负极、输出侧二极管的正极、主开关的正极相连，输出侧二极管的负极与输出侧稳压电容的正极、输出侧正极端子相连；
[0006]所述非隔离直流升压拓扑电路的零开关损耗工作状态包括：/>[0007]状态1、启动：导通谐振开关和主开关，当谐振电容和储能电感充电到一定电量时，关断主开关使储能电感与谐振电容谐振，在储能电感给谐振电容反向充电结束后关闭谐振开关，让谐振电容与储能电感继续谐振，直到储能电感向谐振电容正向充电，直至储能电感电流为零，启动状态准备完毕，准备进入状态2；
[0008]状态2、储能电感充电：导通主开关使储能电感充电，储能电感电流由0开始充电，主开关为准零电流导通；当储能电感电流达到目标值时，储能电感充电状态结束，准备进入状态3；
[0009]状态3、主开关零电流关断：导通谐振开关，通过谐振电容转移储能电感的电流，使正向流过主开关的电流为0，关闭主开关，实现零电流关断，主开关零电流关断状态结束，自动进入状态4；
[0010]状态4、谐振下电容反向充电：储能电感续流为谐振电容反向充电，直至谐振电容电压绝对值达到目标电压，输出侧二极管导通并转移储能电感流向谐振电容的电流，谐振开关的正向电流为0，关断谐振开关实现谐振开关零电流关断，谐振电容反向充电状态结束，自动进入状态5；
[0011]状态5、续流升压：储能电感继续续流经输出侧二极管向输出侧稳压电容充电，直至储能电感电流为0，输出侧二极管反向电压恢复，完成续流升压状态，自动进入状态6；
[0012]状态6、谐振下电容正向充电：储能电感与谐振电容谐振，直至储能电感为谐振电容正向充电至电压恢复为目标电压，谐振下电容正向充电状态结束，等待指令重新进入状态2。
[0013]优选地，主开关是IGBT、IGCT、或MosFET中的任一种。
[0014]优选地，谐振开关是MosFET、IGBT、或IGCT中的任一种。
[0015]优选地，输入侧稳压电容和输出侧稳压电容为带有极性的电解电容、薄膜电容、或超级电容中的任一种。
[0016]优选地，谐振电容为无极性电容。
[0017]优选地，输入正极端子和输入负极端子分别连接光伏组件或级联后的光伏组件的正极和负极，输出正极端子和输出负极端子分别连接直流电网，或与其他非隔离直流升压拓扑电路级联后接入直流电网，或连接单极的AC/DC逆变器，或与其他非隔离直流升压拓扑电路级联后连接单极的AC/DC逆变器。
[0018]优选地，所述谐振电容的目标变压为输入电压与输出电压之间的差，输入电压为输入正极端子与输入负极端子之间的电压，输出电压为输出正极端子与输出负极端子之间的电压。
[0019]上述非隔离直流升压拓扑电路的控制方法如下：当输出电压大于2倍的输入电压时，采用软开关控制方法；当输出电压不高于2倍的输入电压时，采用硬开关控制方法，此时谐振开关和谐振电容不工作，通过主开关的导通和关断实现升压。
[0020]本专利技术具有以下有益效果：
[0021]1、拓扑结构简单。复用非隔离直流升压主电路中的储能电感构建谐振腔，在目前在光伏优化器中广泛使用的H型拓扑上仅增加一个开关器件和一个谐振电容，大幅降低软开关拓扑成本。
[0022]2、软开关控制方法简便、高效。使用谐振电容反向充电转移主电路开关器件的电流，在零电流下关断主电路开关器件，实现主电路开关器件零电流开关，明显提高拓扑电能变换的效率。同时，利用输入、输出电压间差异，基于谐振开关器件的反并联二极管自然换流，实现谐振电路中开关器件的零电流关断，明显降低谐振电路工作损耗。
[0023]3、所提控制方法基于所提拓扑，在变压比大于2时采用谐振软开关控制，在变压比不高于2时仍采用硬开关控制，实现全范围效率最优。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的零开关损耗非隔离直流升压拓扑电路结构图；
[0025]图2是主开关准零电流关断过程电压和电流示意；
[0026]图3是主开关零电流导通过程电压和电流示意；
[0027]图4是谐振开关零电流关断过程电压电流示意。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施例，对本专利技术的技术方案做进一步说明。
[0029]本专利技术提出一种低成本单向并网型非隔离直流升压拓扑电路，如图1所示，包括输入正极端子101、输入负极端子102、输出正极端子103、输出负极端子104、输入侧稳压电容105、输出侧稳压电容106、输入侧二极管201、储能电感202、谐振电容203、谐振开关204、输出侧二极管205、主开关206。
[0030]主开关206导通时，电流可以从主开关206的正极流向负极，主开关206断开时，电流不可以从主开关206的正极流向负极；主开关206导通和断开时，电流都可以从主开关206的负极流向正极。主开关206优选地可以是IGBT，或是IGCT，或是MosFET中的任意一种。
[0031]谐振开关204导通时，电流可以从谐振开关204的正极流向负极，谐振开关204断开时，电流不可以从谐振开关204的正极流向负极；谐振开关204导通和断开时，电流都可以从谐振开关204的负极流向正极。谐振开关204优选地可以是MosFET，或是IGBT、或是IGCT中的任意一种。
[0032]输入侧稳压电容105和输出侧稳压电容106优选为带有极性的电解电容，或是薄膜电容，或是超级电容。谐振电容203为无极性电容。为了描述的便利，本专利技术中定义谐振电容203和储能电感202相连的一端为正极，另一极为负极。
[0033]输入正极端子101与输入侧稳压电容105的正极、输入侧二极管201本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种零开关损耗非隔离直流升压拓扑电路，其特征在于，包括输入正极端子(101)、输入负极端子(102)、输出正极端子(103)、输出负极端子(104)、输入侧稳压电容(105)、输出侧稳压电容(106)、输入侧二极管(201)、储能电感(202)、谐振电容(203)、谐振开关(204)、输出侧二极管(205)、主开关(206)，输入正极端子(101)与输入侧稳压电容(105)的正极、输入侧二极管(201)的正极相连，输入侧稳压电容(105)的负极与输入负极端子(102)、主开关(206)的负极、输出侧稳压电容(106)的负极、输出侧负极端子(104)相连，输入侧二极管(201)的负极与谐振开关(204)的负极、储能电感(202)的正极相连，谐振开关(204)的正极与谐振电容(203)的一端相连，谐振电容(203)的另一端与储能电感(202)的负极、输出侧二极管(205)的正极、主开关(206)的正极相连，输出侧二极管(205)的负极与输出侧稳压电容(106)的正极、输出侧正极端子(103)相连；所述非隔离直流升压拓扑电路的零开关损耗工作状态包括：状态1、启动：导通谐振开关(204)和主开关(206)，当谐振电容(203)和储能电感(202)充电到一定电量时，关断主开关(206)使储能电感(202)与谐振电容(203)谐振，在储能电感(202)给谐振电容(203)反向充电结束后关闭谐振开关，让谐振电容(203)与储能电感(202)继续谐振，直到储能电感(202)向谐振电容(203)正向充电，直至储能电感(202)电流为零，启动状态准备完毕，准备进入状态2；状态2、储能电感充电：导通主开关(206)使储能电感(202)充电，储能电感(202)电流由0开始充电，主开关(206)为准零电流导通；当储能电感(202)电流达到目标值时，储能电感充电状态结束，准备进入状态3；状态3、主开关零电流关断：导通谐振开关(204)，通过谐振电容(203)转移储能电感(202)的电流，使正向流过主开关(206)的电流为0，关闭主开关(206)，实现零电流关断，主开关零电流关断状态结束，自动进入状态4；状态4、谐振下电容反向充电：储能电感(202)续流为谐振电容(203)反向充电，直至谐振电容(203)电压绝对值达到目标电压，输出侧二极管(205)导通并转移储能电感(202)流向谐振电容(203)的电流，谐振开关(204)的正向电流为0，关断谐...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建，孙天奎，史明明，庄舒仪，肖华锋，陈静，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：