【光伏发电系统中DC-DC变换器设计案例3800字】

光伏发电系统中DC-DC变换器设计案例综述目录TOC\o"1-3"\h\u48501.1非隔离型高增益DC/DC变换器 198991.1.1基本斩波电路 1205811.1.2Boost基本知识 2142811.1.3基本型三电平斩波电路简介与优点 3283261.1.4基本型软开关斩波电路 496361.2隔离型高增益DC/DC变换器 5178821.1.1基本隔离型DC/DC变换器 6199271.1.2全桥DC/DC变换器 7光伏发电系统中的DC/DC变换器按照类型可以分为两类：非隔离型DC/DC变换器和隔离型DC/DC变换器。本章将详细介绍多种DC/DC变换器，并最终确定的变换器类型。1.1非隔离型高增益DC/DC变换器1.1.1基本斩波电路本段将详细对在光伏发电系统之中得到属于的四类基础性斩波电路构成进行了简述，即降压－Buck、升压－Boost、降压-升压－Buck—Boost、库克－Cu，并对每一个基础性电路其特征、在光伏发电系统之中运用的场景进行了介绍。具体而言，本文的设计时应用于升压的DC/DC变换器，出于操作简单、实用性强的原因，最终选用的是Boost升压电路。图1.1显示了上述四个简单基本斩波电路的拓扑结构。在光伏发电系统之中，上述4类基础性电路被大量运用到太阳能电池其最大功率点追踪、蓄电池充电、光伏直流电机控制其水泵系统、光伏直流输电系统等等之中，且其优势极为显著，即结构简易、高效率、便于控制等等。可是每一类的不足也较为凸显:Buck电路只适用于降压输出de。场景;Boost和Buck电路二者互补，仅仅可完成太阳能电池输出电压提升的转变工作，此外，还必须具备相应的开关进行控制，避免最终输出电压提升太高;即便Buck-Boost电路能够获得宽范围的的输出电压，可是会加入想一般的开关管电压应力;Cuk电路一样会导致开关管其电压应力的提升，此外因为借助电容，完成能量传送，使得电容自身的纹波电流提升，进而导致系统其可靠性减小。图1.1四种斩波电路结构1.1.2Boost基本知识本文在设计应用于DC/DC变换器时，选用的是简单电路Boost电路，所以在此将Boost电路一些基础知识加以说明。假定Boost电路中开关已经历经了很长一段时间的的关闭，全部的元件目前都处在理想状况，电容电压和输入电压等值，图1.2为基本Boost电路图。在对升压斩波电路工作机理进行剖析的过程中，第一必须要假定，电路之中电感L值非常大，且电容C值也非常大。如果可控开关V处在联通状况之下，电源E则会向电感L输送电量，进行充电，充电电流在I1位置时，大体上时维持不变的，此外，电容C的电压，会对负载进行供电。因为C值非常大，输出电压Uo大体上可以维持恒定，被写作Uo。假定V在ton时时，处在通态状态，如果V处于被断开，E同L就会一起向电容C，进行充电，并给负载，进行供电。假设，V在toff时间时，还处在闭合的状态，那么在这段时间里，电感L所释出的能量等于(Uo-E)I1toff。如果电路工作处在稳定的工作状态，则电感L于单个周期T所积累的能量，同该周期释出的能量是一样多的，接下来，笔者将针对对Boost电路充电、放电，不同的工作阶段展开解释：充电：在充电时，开关开启，即\t"/item/boost%E5%8D%87%E5%8E%8B%E7%94%B5%E8%B7%AF/_blank"三极管导通，开关就可被认为是一根导线。这时，输入电压经过电感L。二极管可避免电容对地，进行放电。因为输入电流属于直流电，电感层面的电流会借助相应的比例线性，持续提升，该比例和电感大小息息相关。伴随着电感L电流的不断提升，部分能量就被积蓄在电感之中。放电：如果开关处于断开时，即三极管截止，因为电感其电流维持特性，流经电感其电流并不会立刻成0，一般是会从充电逐步降低至零值。是，因为原本的电路早已断开，所以电感仅仅在新电路放电的过程，这就是电感向电容输送电量的原因，公司状况之下，电容两端电压将不断提升，这是电压早已超过了输入电压，则电容完成了升压工作。图1.2基本Boost电路图1.1.3基本型三电平斩波电路简介与优点上一小节，所论述的4类基础性斩波电路无论是开关开启，或是关闭的过程之中，所承受的电压应力都是输入或者输出电压，1到几倍不等。在较高输入的中大功率光伏发电系统之中，高压应力将会使得开关管选取的困难程度提升，这种做法会导致系统其可靠性减小.为了处理好这一问题，得到了4类基础性三电平斩波电路，最终的电路结构，如图1.3所显示。当中Buck、Buck-Boost电路依然要借助电容C1、C2，确保太阳能电池可以连续的输出相应的电流，这种做法，可使得发电功率损失降至最低。在每个电路嵌入时，迅速完成二极管的恢复,开关管其电压应力能够减小至每一个二电平电路之中，其开关管电压应力的50％。图1.3三电平斩波电路结构1.1.4基本型软开关斩波电路1、采用软开关技术的必要性伴随着光伏发电系统技术的迅速发展，大众对于电力电子装置逐渐小型化、轻量化、转化效率、电磁兼容性方面的标准逐步提升。在DC/DC变换器之中，通常占很大的比例的都是滤波电感、电容和变压器等无源元件的体积和重量，为了实现小型化、轻量化的发展，我们一定要通过各种方式，去减小其它体积以及重量，进而实现最终小型化、轻量化的目标。基于电磁感应定律可以得知:在线圈端电压U一致的状态下，磁通密度Bm也一致的状态下，提升工作频率f，就可降低磁性元件其匝数N，以及它的有效截面积A，进而使得整体器件的规格减小。可是，仅仅通过提升开关频率，就会使得开关损耗以成倍的速度提升，这种方式，将会使得电路效率受到极大的影响，此外因为开关噪声的形成，也会使得电磁干扰问题逐渐增大。“软开关”就是:借助谐振原理，在电路之中，提升小规格的感、电容等部分谐振元件,打造辅助换流网络，使得开关管之中的电流、电压依照正弦、准正弦的规律，发生变化。如开关管电流自然发展到0,则自然关闭开关，或是开关管电压处于零值的时候，自然而然就会开启开关，或是在开关管上并联了一个有源，或是无源的吸收网络,借助公司网络，可进一步降低开关损耗。在具体的电路之中,简易的吸收网络将会造成电路产生总损耗提升、关闭过电压等消极影响.所以一定要把其和附加辅助网络，进行协同运用。可是不管在哪种状况之下，软开关电路均能去除掉开关进程当中的电压、电流相互叠合现象，从而减小其转变机率，并能大幅度降低更甚清除开关耗费以及噪声。在这种情况下，可以大幅度提升电路达成的运行频率，从而达成器件的尺寸变小化，轻量化的目的。2、基本型软开关斩波电路结构图1.4为四种基本型零开关PWM斩波电路。其中(a)ZVZCSBuck、(b)ZVZCSBoost、(c)ZVZCSBuck-Boost电路没有辅助开关，(d)电路ZVSCuk中有辅助开关管S2，于一个周期里面，S2能够管控电路的时候，由此可以在主开关S1断开的时候可以较为恰当的使其通畅或者关闭。图1.4软开关PWM斩波电路如图1.4所示，基型零开关PWM斩波电路包含有如下特征：①(a)、(b)、(e)所显示的电路可以在S1管控之下实现ZCS的开启以及ZVS的关闭，(d)电路能够在S1、S2管控下实现ZVS的开关；;②(a)、(b)、(c)电路为援助开关，使得管控更容易；(d)中电路即便比较繁琐，可能够达成ZVS、输入电压和负载转变范畴都很大。然而，图1.4斩波电路中的谐振元件与主电路串联，对系统的成效有很大影响，除此以外，(a)、(b)、(c)当中的输入电压以及输出电流的比较大幅度转变也会干扰ZVZCS的达成情况，(d)难以控制援助开关。1.2隔离型高增益DC/DC变换器尽管斩波电路能够实现直流电压的转换，但是在现实使用进程当中，它仍有一些限制和不足，如功率替换性能。它是明确的：①部分线路导入导出不可共用接地;②无法比较有成效的分隔输入输出;③输入输出的电压的比值，电流的比例不能太高;④许多条输出理论上无法实现。为解决上述缺陷，达成系统设制标准，需在电路当中添加变压器，本节下面将总结几种基本隔离型DC/DC变换器并详细介绍了全桥DC/DC变换器及其控制方式。1.1.1基本隔离型DC/DC变换器该小节会阐述四类较为基础的隔离型DC/DC变换器电路的基本特点，同时简单介绍他们在光伏发电系统中的应用场合。图1.5是反激(Flyback)、正激(Forward)、推挽(push-pull)、半桥(Half-bridge)为

DC/DC变换器的四个基本隔离电路构造。根据图能够观察到，必须在输入侧并联电容，才能达到太阳能电池连续的输出电流从而不损失发电功率的目的。表2-1显示了在电流不间断模式下，所有电路的基础特性、重要关系和使用场合：图1.5四种基本隔离型DC/DC变换器电路结构电路类型输出/输入电压V0/Vs开关管耐压值优点缺点功率达到的范围应用场合反激N2ton/N1toffVs+N1V0/N2电路简单，可靠性高利用率低要加气隙几W~几十W系统供电电源等正激N2ton/N1TVs（1+N1/N3）电路简单。可靠性高利用率低要加磁复位绕组几百W~几千W系统供电电源、蓄电池控制器等推娩2N2ton/N1T2Vs通态损耗低有偏磁问题几百W~几千W直流光伏输电、太阳能控制器等半桥N2ton/N1TVs开关管耐压低，结构简单驱动复杂几百W~几千WACModule、高电压输出太阳能系统电压匹配等表1.1四种基本隔离型DC/DC变换器电路比较1.1.2全桥DC/DC变换器全桥

DC/DC变换器主要在大功率光伏发电系统当中使用，如交流板块、直流光伏传输线、逆变器以及负载电压匹配转变、电池充电器等。和单端或者半桥变流器进行比较，其包含有开关设备电压、电流应力小，变压器使用效率比较大等成套显著的特征。可这又是一种较为繁杂的构造，包括穿孔，传动等诸多因素和难点。正因为如此，在DC/DC变换电路中最为广泛的即使对全桥DC/DC变换器的研究。根据输入端供电方式是电压源还是电流源的不同，全桥

DC/DC变换器分成电流型和电压型两种。在现实的光伏发电系统当中，多数使用

PWM管控电压型构造，它的基础电路构造如下图1.6显示。在该图当中，太阳能电池Pv供应的为输入直流电压Vs;S1&Dr1~S4&Dr4共同组建出两个桥臂，T是高频变压器，它的原本就有的副边匝比N1/N2=1:n，D1~D4为超出整流二极管，Lf、Cf为