一种无输入滤波器的高效率光伏变换器制造技术

本申请属于光伏发电领域，公开了一种无输入滤波器的高效率光伏变换器。该光伏变换器包括一个开关管，三个二极管，两个辅助电感，一个三绕组变压器和五个电容。其可彻底消除输入电流的开关频率纹波，无需输入滤波电容，改善了可靠性；具有很强的升压能力，允许太阳能电池电压宽范围变化；功率管数量少且电压应力较低，可以采用低耐压的器件，减小了成本和损耗，提高变换效率；辅助电感的体积较小，功率密度较高；输入、输出共地，因此电磁干扰小，采样电路结构简单。路结构简单。路结构简单。

【技术实现步骤摘要】
一种无输入滤波器的高效率光伏变换器


[0001]本专利技术属于光伏发电领域，具体涉及一种无输入滤波器的高效率光伏变换器。

技术介绍

[0002]太阳能电池的输出电压较低、变化范围较宽，因此分布式光伏发电系统通常采用具有较高增益的直流变换器作为光伏接口，然后才能通过传统电压源型并网逆变器集成到公用电网。传统Boost变换器的输入电流连续，器件数量少，结构简单，因此被广泛应用于各种升压场合。但是，其功率管的电压应力等于输出电压，通态损耗和开关损耗较大，且电压增益一般不超过5，难以实现太阳能电池和电网之间的电压匹配。Flyback
‑
boost变换器能够通过改变变压器的匝比，极大地提高升压倍数，以满足光伏接口的电压增益要求，而且具有较低的功率管电压应力。然而，其变压器的漏感能量难以回收，导致较高的电压尖峰和较低的变换效率。此外，该变换器的输入电流存在严重脉动。为了避免因输入电流纹波过大而影响太阳能电池的发电效率，需要在其输入侧并联大容量滤波电容，但系统体积和成本因此而增大，可靠性下降。电容串接式两相交错并联Boost变换器，可以使电压增益提升为传统Boost的两倍，将功率管电压应力降低为输出电压的一半，且减小了输入电流纹波，并将等效开关频率提升一倍，减小了所需的输入电容量。但是，这些优良特性在占空比小于0.5时将全部失去。因此，在输入电压宽范围变化的光伏发电场合，采用电容串接式两相交错并联Boost变换器作为光伏变换器，并不能真正减少输入电容量。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种无输入滤波器的高效率光伏变换器，该高效率光伏变换器可消除输入电流的开关频率纹波，从而彻底移除输入侧滤波电容，且具有升压能力强、开关管数量少、电压应力和成本较低、变换效率和可靠性较高等优点。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提出的技术方案如下：
[0005]一种无输入滤波器的高效率光伏变换器，包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C
o
、三绕组变压器、第一辅助电感L
s1
、第二辅助电感L
s2
、开关管S、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3，所述三绕组变压器包含第一绕组N1、第二绕组N2和第三绕组N3，所述第二绕组N2和所述第三绕组N3的匝数相同，所述第一辅助电感L
s1
、第二辅助电感L
s2
的电流均双向流通；所述第一绕组N1的第二端与所述开关管S的漏极、所述第一二极管D1的阳极、所述第二电容C2的负极、所述第四电容C4的负极连接；所述第一二极管D1的阴极与所述第二绕组N2的第一端、所述第一电容C1的正极连接；所述第二绕组N2的第二端与所述第一辅助电感L
s1
的一端连接，所述第一辅助电感L
s1
的另一端与所述第二电容C2的正极、所述第二二极管D2的阳极连接；所述第二二极管D2的阴极与所述第三电容C3的正极、所述第三绕组N3的第一端连接；所述第三绕组N3的第二端与所述第二辅助电感L
s2
的一端连接，所述第二辅助电感L
s2
的另一端与所述第三二极管D3的阳极、所述第四电容C4的正极连接；所述第三二极管D3的阴极与所述第五电容C
o
的正极连接；所述开关管S的源极与所述第
一电容C1的负极、所述第三电容C3的负极、所述第五电容C
o
的负极连接；所述第一绕组N1的第一端与电源U
in
的正极相连；所述开关管S的源极与电源U
in
的负极相连；所述第五电容C
o
的正极与负载的一端连接；所述第五电容C
o
的负极与负载的另一端连接。
[0006]进一步的，所述三绕组变压器中，
[0007]第二绕组N2和所述第一绕组N1的匝比n的取值范围：
[0008]式中，G为所述光伏变换器的电压增益，δ％为三绕组变压器的励磁电感电流峰峰值与其最大平均电流的比值；通常δ％为20％
‑
30％。
[0009]所述三绕组变压器的励磁电感量L
m
需满足：
[0010]式中，U
in
为输入电压，U
o
为输出电压，f
s
为开关频率，P
o,max
为最大输出功率。
[0011]进一步的，所述第一辅助电感L
s1
和所述第二辅助电感L
s2
的电感量相等，为：L
s1
＝L
s2
＝2n(1
‑
n)L
m
。
[0012]进一步的，理想电压增益为(1+2D)/(1
‑
D)，式中，D为所述开关管S驱动信号的占空比；
[0013]进一步的，所述开关管S、所述第一二极管D1、所述第二二极管D2和所述第三二极管D3的电压应力均为(2U
in
+U
o
)/3。
[0014]进一步的，所述光伏变换器在每个开关周期内的工作过程包括如下两个模态：
[0015](1)模态1[t0‑
t1]：
[0016]在t0时刻，开通开关管S，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3均因承受反压而关断，所有电感均承受正向电压，所述三绕组变压器的励磁电感电流i
Lm
线性增大，第一辅助电感电流i
Ls1
、第二辅助电感电流i
Ls2
均先反向线性减小至0后正向线性增大，到t1时刻，模态1结束；
[0017](2)模态2[t1‑
t2]：
[0018]在t1时刻，关断开关管S，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3均正向导通，所有电感均承受反向电压，所述三绕组变压器的励磁电感电流i
Lm
线性减小，第一辅助电感电流i
Ls1
、第二辅助电感电流i
Ls2
均先正向线性减小至0后反向线性增大，到t2时刻，模态2结束；
[0019]其中，所述所有电感包括三绕组变压器的励磁电感、所述第一辅助电感L
s1
和所述第二辅助电感L
s2
。
[0020]与现有技术相比，本专利技术提出的无输入滤波器的高效率光伏变换器具有以下技术效果：
[0021]1)彻底消除输入电流的开关频率纹波，因此无需输入滤波电容，改善了可靠性，减小了体积和成本；
[0022]2)具有很强的升压能力，在占空比等于0.8时，电压增益为13。
[0023]3)只有一个开关管和三个二极管，且所有功率管的电压应力较低，为(2U
in
+U
o
)/3，可以采用低耐压的器件，减小了系统成本和损耗。
[0024]4)电感体积较小。
附图说明<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无输入滤波器的高效率光伏变换器，其特征在于，包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C
o
、三绕组变压器、第一辅助电感L
s1
、第二辅助电感L
s2
、开关管S、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3，所述三绕组变压器包含第一绕组N1、第二绕组N2和第三绕组N3，所述第二绕组N2和所述第三绕组N3的匝数相同，所述第一辅助电感L
s1
、第二辅助电感L
s2
的电流均双向流通；所述第一绕组N1的第二端与所述开关管S的漏极、所述第一二极管D1的阳极、所述第二电容C2的负极、所述第四电容C4的负极连接；所述第一二极管D1的阴极与所述第二绕组N2的第一端、所述第一电容C1的正极连接；所述第二绕组N2的第二端与所述第一辅助电感L
s1
的一端连接，所述第一辅助电感L
s1
的另一端与所述第二电容C2的正极、所述第二二极管D2的阳极连接；所述第二二极管D2的阴极与所述第三电容C3的正极、所述第三绕组N3的第一端连接；所述第三绕组N3的第二端与所述第二辅助电感L
s2
的一端连接，所述第二辅助电感L
s2
的另一端与所述第三二极管D3的阳极、所述第四电容C4的正极连接；所述第三二极管D3的阴极与所述第五电容C
o
的正极连接；所述开关管S的源极与所述第一电容C1的负极、所述第三电容C3的负极、所述第五电容C
o
的负极连接；所述第一绕组N1的第一端与电源U
in
的正极相连；所述开关管S的源极与电源U
in
的负极相连；所述第五电容C
o
的正极与负载的一端连接；所述第五电容C
o
的负极与负载的另一端连接。2.根据权利要求1所述的高效率光伏变换器，其特征在于，所述三绕组变压器中，第二绕组N2和所述第一绕组N1的匝比n的取值范围：式中，G为所述光伏变换器的电压增益，δ％为三绕组变压器的励磁电感电流峰峰值与其最大平均电流的比值；所述三绕组变压器的励磁电感量L
m
需满足：式中，U
in

【专利技术属性】
技术研发人员：秦岭，王雅婷，饶家齐，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：