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一种应用于单相光伏微型逆变器的电路拓扑分析

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一种应用于单相光伏微型逆变器的电路拓扑分析

发布日期:2020-02-23 作者: 点击:

现有的光伏微型逆变器大多由反激变换器与全桥逆变器构成。反激变换器具有结构简单、成本低的优点,是单相光伏微型逆变器的最佳选择,但其变压器漏感问题一直影响着系统效率。本文提出一种由升降压电路和反激电路相结合的升降压反激式电路拓扑结构,通过详细分析该拓扑结构的工作原理,发现该电路可将漏感能量吸收回馈电路,实现了漏感能量的再利用;同时实现了开关管漏源电压的钳位,提高系统能量利用率的同时,降低了开关管关断电压尖峰;最后通过SIMetrix 仿真软件进行仿真验证,证明了理论分析的正确性。

升降压反激变换器电路拓扑结构

°1.1 单相光伏微型逆变器电路结构

微型逆变器主要由两级构成,前级实现升降压功能,将单块组件20~45 V 的直流电压升至240 V 以上,才能满足后级工频逆变输出电压220 V 的需求。本文设计的升降压反激式单相光伏微型逆变器电路的主电路设计如图1 所示。该电路中,前级是由一个升降压斩波电路和反激电路组成。其中,变压器漏感Lk 和开关管MOS1,二极管D1、D2,以及电容C2 构成一个升降压斩波电路;变压器T1、开关管MOS2、二极管D3、电容C3 共同组成一个反激电路。在图1 中,将电容C2 两端电压看成升降压电路输出电压电容,电容C3 两端电压即为反激电路输出电压,两者合成电压即为升降压反激变换电路输出电压。MOS3~MOS6 组成后级桥式逆变电路,电感L1、电容C4 组成滤波电路,桥式逆变电路直接并网至交流电网。


°1.2 升降压反激变换器原理分析

桥式逆变电路已经比较普遍,本文主要介绍升降压反激变换器电路的工作原理。忽略后级桥式逆变电路,只考虑变换器漏感,升降压反激变换器电路如图2 所示,Lm 为变压器励磁电感,RL 为升降压反激变换器的输出负载。


假设该电路升降压反激变换器电路拓扑结构工作在断续模式,反激电路工作在电流连续模式(CCM)。该电路主要有4 个工作状态:0~t1 为模式1 的时间段;t1~t2 为模式2 的时间段;t2~t3 为模式3 的时间段;t3~t4 为模式4 的时间段。各模式电路的特点分析如下:

1) 模式1(0~t1):开关管MOS1 和MOS2 同时导通,变换器原边电流i1 快速上升,将能量储存在变压器励磁线圈Lm 中,同时漏感Lk 中也积聚能量;由于变压器的特点,副边电流i2 经过二极管D3 继续向电容C3 充电并快速下降直至零,二极管D3 关断。该模式电路图如图3a 所示。

2) 模式2(t1~t2):原边电流i1 上升变得缓慢,近似水平线,D3 继续关断,副边电流i2 仍保持为零。该模式电路如图3b 所示。

3) 模式3(t2~t3):在模式2 的基础上同时关断开关管MOS1 和MOS2,原边电流i1 向电容C2充电,由于电容电压不可以突变,使得MOS2 的关断电压缓慢上升,忽略二极管正向压降,反激电路主开关管MOS2 的关断电压被钳位于电容C2两端电压,从而减少关断尖峰。另外,二极管D1 导通,原边电流i1 通过D2 → C2 → D1 → Lk 及变压器向电容C2 充电,并且开始迅速下降直至零,即将变压器漏感Lk 的能量转移到电容C2 上储存起来。在副边,二极管D3 承受正向压降而导通,变压器励磁电感储存的能量向副边转移,副边电流i2 开始迅速上升到达稳定值,向电容C3 充电。模式3 电路如图3c 所示。

4) 模式4 (t3~t4):下一个脉冲还未到来时,原边电流i1 维持零,副边电流i2 开始下降,直到下一个驱动脉冲将MOS1 和MOS2 再次导通,完成一个周期。此模式电路如图3d 所示。

通过以上模式分析可知,原边电流i1 在一个周期内是先从零升高后再下降到零,副边电流i2在反激电路的CCM 模态下工作。原、副边电流i1、i2 的波形图如图4 所示,其中,ug1、ug2 分别为开关管MOS1 和MOS2 的驱动脉冲;tx 为原边电流下降时间。





 


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