本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光伏微型逆變器。

背景技術(shù)：

近幾年來，光伏微型逆變器以其獨有的優(yōu)勢越來越受到關(guān)注。它是一種與單個光伏組件相連，可將光伏輸出的直流電直接變換成符合并網(wǎng)條件交流電的逆變器，功率一般在50～300W之間。光伏微型逆變器可以有效地防止局部陰影造成的功率損耗，通過簡化布線來降低安裝成本，利用相互獨立的架構(gòu)提高系統(tǒng)的整體可靠性。

光伏逆變器可分為單級結(jié)構(gòu)和兩級結(jié)構(gòu)。單級式的逆變器是指在一個功率環(huán)節(jié)中實現(xiàn)最大功率點跟蹤控制、DC-AC逆變的光伏功率變換器。它具有結(jié)構(gòu)簡單、逆變器效率高等優(yōu)點，但單級式逆變器要在一個功率環(huán)節(jié)實現(xiàn)最大功率點跟蹤控制和逆變并網(wǎng)控制，控制對象多且相互耦合，增加了控制器的設(shè)計難度。兩級式的逆變器結(jié)構(gòu)雖然功率級數(shù)多，整機效率低于單級式逆變器，但其可以實現(xiàn)光伏板的最大功率點跟蹤與逆變器并網(wǎng)單獨控制，避免了逆變器并網(wǎng)工作對光伏器件輸出功率的影響，從整體上講更具經(jīng)濟價值。

目前很多規(guī)格的光伏電池的輸出電壓一般為30V左右，微逆變器就需要具備高增益的升壓功能，將直流側(cè)電壓提高至310V，才能完成逆變并網(wǎng)。普通的Boost電路在實際應(yīng)用中最高只能提供5倍的升壓比，因此無法單獨應(yīng)用于微型逆變器。而本專利所提出的拓?fù)渚邆涓咴鲆娴奶匦?，同時其功率密度大，諧振式開關(guān)電容的軟開關(guān)特性有助于提高效率，從升壓的角度非常適合應(yīng)用于微型逆變器中。但其調(diào)制范圍窄，不能實現(xiàn)最大功率點跟蹤。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種光伏微型逆變器，通過設(shè)置升壓模塊實現(xiàn)了光伏電池的最大功率點跟蹤，同時將電壓提高便于直接逆變并網(wǎng)；并通過設(shè)置逆變模塊實現(xiàn)鎖相控制和直流側(cè)電壓控制，將直流電逆變成交流電并入電網(wǎng)。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種光伏微型逆變器，所述逆變器包括升壓模塊和逆變模塊；所述升壓模塊包括前級DC-DC變換器和后級DC-DC變換器；光伏陣列(PV)、前級DC-DC變換器、后級DC-DC變換器和逆變模塊依次串聯(lián)。

所述前級DC-DC變換器包括輸入電容C₁、Cuk電路和輸出電容C₂；

所述輸入電容C₁與Cuk電路并聯(lián)，Cuk電路與輸出電容C₂并聯(lián)；

所述Cuk電路包括電感L₁、電感L₂、開關(guān)管Q₁、二極管D₁和電容C₃；所述開關(guān)管Q₁采用N溝道MOSFET；

所述輸入電容C₁與電感L₁相連并且所連接處連接前級DC-DC變換器的輸入端，所述電感L₁與開關(guān)管Q₁串聯(lián)后與輸入電容C₁并聯(lián)，所述電容C₃一端連接開關(guān)管Q₁的漏極，另一端連接二極管D₁陽極，二極管D₁的陰極連接開關(guān)管Q₁的源極，所述電感一端連接二極管D1的陽極，另一端與輸出電容C₂相連后與二極管D₁并聯(lián)。

所述后級DC-DC變換器為諧振式開關(guān)電容電路；

所述后級DC-DC變換器包括開關(guān)管Q₂、開關(guān)管Q₃、諧振電容C_1a、諧振電容C_1b、諧振電容C_1c、穩(wěn)壓電容C_2a、穩(wěn)壓電容C_2b、穩(wěn)壓電容C_2c、諧振電感L_r、二極管D_1a、二極管D_2a、二極管D_1b、二極管D_2b、二極管D_1c以及二極管D_2c；

所述開關(guān)管Q₂和開關(guān)管Q₃均采用N溝道MOSFET。

根據(jù)權(quán)利要求4所述的光伏微型逆變器，其特征在于：所述開關(guān)管Q₂和開關(guān)管Q₃串聯(lián)形成Q₂-Q₃支路，所述Q₂-Q₃支路與后級DC-DC變換器的輸入端相接，所述開關(guān)管Q₃的漏極連接后級DC-DC變換器的輸入端正極，其源極連接開關(guān)管Q₂的漏極，所述開關(guān)管Q₂的源極連接后級DC-DC變換器的輸入端負(fù)極；

所述諧振電感L_r一端連接開關(guān)管Q₂的漏級，其一端同時連接諧振電容C_1a、諧振電容C_1b和諧振電容C_1c，所述二極管D_1a的陰極與開關(guān)管Q₂的源極連接，所述二極管D_1a、二極管D_2a、二極管D_1b、二極管D_2b、二極管D_1c、二極管D_2c按照先陰極后陽極依次連接，與穩(wěn)壓電容C_2c串聯(lián)后再與Q₂-Q₃支路并聯(lián)；

所述諧振電容C_1a一端與諧振電感L_r連接，其另一端與二極管D_1a陽極連接；所述諧振電容C_1b一端與諧振電感L_r連接，其另一端與二極管D_1b陽極連接；所述諧振電容C_1c一端與諧振電感L_r連接，其另一端與二極管D_1c陽極連接；

所述穩(wěn)壓電容C_2a一端與二極管D_2a陽極連接，其另一端與開關(guān)管Q₃的漏極連接，所述穩(wěn)壓電容C_2b一端與二極管D_2b陽極連接，其另一端與管Q₃的漏極連接。

所述逆變模塊采用全橋逆變電路。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果為：

1)Cuk電路運行在電感電流連續(xù)的模式下，開關(guān)管工作在零電流開通狀態(tài)下，開關(guān)損耗減小，諧振式開關(guān)電容電路中的開關(guān)管工作在準(zhǔn)諧振狀態(tài)，開關(guān)損耗減??；

2)充分利用開關(guān)損耗小的電路特點，發(fā)揮開關(guān)電容電路的高頻特性，可有效減小濾波器的體積；

3)前級DC-DC變換器采用Cuk電路輸出紋波小，從輸入端吸取的電流紋波也較小，并實現(xiàn)最大功率點跟蹤和電壓的提升，后級DC-DC變換器負(fù)責(zé)進一步抬升電壓達到電網(wǎng)等級，在升壓比大于10的同時實現(xiàn)了最大功率點跟蹤。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中光伏微型逆變器的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明實施例中前級DC-DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明實施例中前級DC-DC變換器控制信號和電感電流波形圖；

圖4是本發(fā)明實施例中后級DC-DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖5是本發(fā)明實施例中后級DC-DC變換器的工作波形圖；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。

本發(fā)明提供一種光伏微型逆變器，如圖1，所述逆變器包括升壓模塊和逆變模塊；升壓模塊實現(xiàn)了光伏電池的最大功率點跟蹤，同時將電壓提高便于直接逆變并網(wǎng)；逆變模塊實現(xiàn)鎖相控制和直流側(cè)電壓控制，將直流電逆變成交流電并入電網(wǎng)。

升壓模塊包括前級DC-DC變換器和后級DC-DC變換器；光伏陣列、前級DC-DC變換器、后級DC-DC變換器和逆變模塊依次串聯(lián)。

如圖2，前級DC-DC變換器包括輸入電容C₁、Cuk電路和輸出電容C₂；

所述輸入電容C₁與Cuk電路并聯(lián)，Cuk電路與輸出電容C₂并聯(lián)；

所述Cuk電路包括電感L₁、電感L₂、開關(guān)管Q₁、二極管D₁和電容C₃；所述開關(guān)管Q₁采用N溝道MOSFET；

所述輸入電容C₁與電感L₁相連并且所連接處連接前級DC-DC變換器的輸入端，所述電感L₁與開關(guān)管Q₁串聯(lián)后與輸入電容C₁并聯(lián)，所述電容C₃一端連接開關(guān)管Q₁的漏極，另一端連接二極管D₁陽極，二極管D₁的陰極連接開關(guān)管Q₁的源極，所述電感一端連接二極管D1的陽極，另一端與輸出電容C₂相連后與二極管D₁并聯(lián)。

所述Cuk電路，當(dāng)開關(guān)管控制信號為正時，開關(guān)管Q₁處于導(dǎo)通狀態(tài)，所串接的電感電流逐漸增大；當(dāng)開關(guān)管信號為零時，開關(guān)管Q₁處于關(guān)斷狀態(tài)，所串接的電感電流以更大的速率減少?？刂菩盘柡碗姼须娏鞯牟ㄐ稳鐖D3所示。可以看出，Cuk電路電流是連續(xù)的。此外，開關(guān)管Q₁是零電流開通，降低了開關(guān)損耗。

所述后級DC-DC變換器為諧振式開關(guān)電容電路；

如圖4，所述后級DC-DC變換器包括開關(guān)管Q₂、開關(guān)管Q₃、諧振電容C_1a、諧振電容C_1b、諧振電容C_1c、穩(wěn)壓電容C_2a、穩(wěn)壓電容C_2b、穩(wěn)壓電容C_2c、諧振電感L_r、二極管D_1a、二極管D_2a、二極管D_1b、二極管D_2b、二極管D_1c以及二極管D_2c；

所述開關(guān)管Q₂和開關(guān)管Q₃均采用N溝道MOSFET。

根據(jù)權(quán)利要求4所述的光伏微型逆變器，其特征在于：所述開關(guān)管Q₂和開關(guān)管Q₃串聯(lián)形成Q₂-Q₃支路，所述Q₂-Q₃支路與后級DC-DC變換器的輸入端相接，所述開關(guān)管Q₃的漏極連接后級DC-DC變換器的輸入端正極，其源極連接開關(guān)管Q₂的漏極，所述開關(guān)管Q₂的源極連接后級DC-DC變換器的輸入端負(fù)極；

所述諧振電感L_r一端連接開關(guān)管Q₂的漏級，其一端同時連接諧振電容C_1a、諧振電容C_1b和諧振電容C_1c，所述二極管D_1a的陰極與開關(guān)管Q₂的源極連接，所述二極管D_1a、二極管D_2a、二極管D_1b、二極管D_2b、二極管D_1c、二極管D_2c按照先陰極后陽極依次連接，與穩(wěn)壓電容C_2c串聯(lián)后再與Q₂-Q₃支路并聯(lián)；

所述諧振電容C_1a一端與諧振電感L_r連接，其另一端與二極管D_1a陽極連接；所述諧振電容C_1b一端與諧振電感L_r連接，其另一端與二極管D_1b陽極連接；所述諧振電容C_1c一端與諧振電感L_r連接，其另一端與二極管D_1c陽極連接；

所述穩(wěn)壓電容C_2a一端與二極管D_2a陽極連接，其另一端與開關(guān)管Q₃的漏極連接，所述穩(wěn)壓電容C_2b一端與二極管D_2b陽極連接，其另一端與管Q₃的漏極連接。

其理論上可以使輸入電壓提高4倍。同時，該后級DC-DC變換器通過加入一個諧振電感L_r，在特定的開關(guān)頻率下，利用準(zhǔn)諧振軟開關(guān)有效抑制了開關(guān)損耗。在開關(guān)管Q₂或Q₃任意一個開通時，由于諧振環(huán)的作用，開關(guān)管實現(xiàn)了零電流開通的機制。在諧振電流達到最大峰值后逐漸降低至零，由于二極管的作用電流不會繼續(xù)降到負(fù)值形成反向電流，使關(guān)斷時電流為零從而實現(xiàn)了軟開關(guān)，提高了整體效率。

諧振式開關(guān)電容變換器的開關(guān)器件控制信號，流經(jīng)開關(guān)管Q₂、Q₃和諧振電感L_r的理想電流波形如圖5所示。在開關(guān)管Q₃開通時間t₀時，開關(guān)管Q₃導(dǎo)通，由于諧振，電感流過正弦形式的電流。在電流截止時間t₁時，電流正向變?yōu)?，由于二極管的作用，電流不再變化。隨后關(guān)斷開關(guān)管Q₃，在上管開通時間t₂，開關(guān)管Q₂導(dǎo)通，電感流過反向的正弦形式的電流，在電流反向截止時間t₃時，電感電流變?yōu)?，由于二極管的作用，電流不再變化。隨后開關(guān)管Q₂關(guān)閉，當(dāng)下管再次導(dǎo)通時，時間為t₄，重復(fù)以上工作過程。電感的電流在t₀-t₁階段正向正弦變化，t₁-t₂變?yōu)?，t₂-t₃反向正弦變化，t₃-t₄變?yōu)?。

諧振式開關(guān)電容變換器的每個工作周期可以分為4個模態(tài)，具體如下：

第一模態(tài)(t₀-t₁)：

t₀時刻，Q₃導(dǎo)通，Q₂關(guān)斷。V_i與D_1a、C_1a和L_r構(gòu)成回路，t₀時刻開始產(chǎn)生串聯(lián)諧振，電流從零開始逐漸上升，并按照正弦規(guī)律變化，當(dāng)電流值再次達到零時，由于D_1a的阻礙，電流不能反向，此后維持為零。此外，C_2a、D_1b、C_1b、L_r和Q₃以及C_2b、D_1c、C_1c、L_r和Q₃也都產(chǎn)生相同的諧振現(xiàn)象。因此，在t_o時刻，Q₃實現(xiàn)零電流開通。電壓泵升方面，V_i給C_1a充電，C_2a給C_1b充電至2V_i，C_2b給C_1c充電至3V_i，C_2c給負(fù)載供電。

第二模態(tài)(t₁-t₂)：

諧振在t₁時刻停止，電感電流在此模態(tài)期間恒為零，兩個開關(guān)管都處于關(guān)斷狀態(tài)。電容C_2c給負(fù)載供電。

第三模態(tài)(t₂-t₃)：

t₁時刻，Q₂導(dǎo)通，Q₃關(guān)斷。V_i與D_2a、C_1a、C_2a和L_r構(gòu)成回路，t₂時刻開始產(chǎn)生串聯(lián)諧振，電流從零開始逐漸上升，并按照正弦規(guī)律變化，當(dāng)電流值再次為零時，由于D_2a的阻礙，電流不能反向，此后維持為零。此外，V_i、C_1b、D_2b、C_2b、L_r、Q₃串聯(lián)構(gòu)成類似的回路。V_i還通過Q₁、L_r、C_1c、D_2c串聯(lián)在一起產(chǎn)生諧振，向負(fù)載供電。因此，t₂時刻Q₃實現(xiàn)了零電流開通。電壓泵升方面，V_i分別與C_1a、C_1b、C_1c串聯(lián)在一起，將C_2a、C_2b、C_2c充電至2V_i、3V_i、4V_i。

第四模態(tài)(t₃-t₄)：

諧振在t₃時刻停止，電感電流在此模態(tài)期間恒為零，兩個開關(guān)管都處于關(guān)斷狀態(tài)。僅電容C_2c再次給負(fù)載供電。

該諧振式開關(guān)電容變換器的可以實現(xiàn)從零負(fù)載到全負(fù)載范圍內(nèi)的軟開關(guān)，但其相關(guān)參數(shù)的選擇要滿足以下兩個條件才能保證變換器軟開關(guān)的正常工作。第一，開關(guān)頻率應(yīng)小于諧振頻率，開關(guān)動作應(yīng)在諧振電流經(jīng)正弦變化為零之后進行；第二，諧振電容的電壓紋波應(yīng)予以限定。

所述逆變模塊采用全橋逆變電路。全橋逆變電路包括四個開關(guān)器件，兩組串連在一起的兩個開關(guān)管，定義為第一組和第二組。第一組兩個開關(guān)管中間位置接交流輸出側(cè)的一端，第二組兩個開關(guān)管中間位置接交流輸出側(cè)的另一端。第一組開關(guān)管和第二組開關(guān)管相并聯(lián)，與直流輸入相接。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參照上述實施例依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。