一種改進(jìn)型分裂電感零電流轉(zhuǎn)換boost斬波電路及其調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)電力電子技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及分裂電感零電流轉(zhuǎn)換boost斬波電路的改進(jìn)和模態(tài)分析和調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高頻工作下的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)在高壓大電流場(chǎng)合應(yīng)用較多,但是它屬于少數(shù)載流子器件存在嚴(yán)重的“拖尾現(xiàn)象”,這不僅僅會(huì)使得開(kāi)關(guān)工作在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)下,產(chǎn)生一定的關(guān)斷損耗,進(jìn)而使得電路效率降低,這將要限制開(kāi)關(guān)的高頻化操作,設(shè)備的熱穩(wěn)定性降低,軟開(kāi)關(guān)的使用可以在一定程度上減小開(kāi)關(guān)損耗,主要是通過(guò)在開(kāi)關(guān)開(kāi)通前后引入諧振過(guò)程來(lái)消除開(kāi)關(guān)過(guò)程中的器件損耗,因此,軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的引入可以很好地解決以上的問(wèn)題。
[0003]零轉(zhuǎn)換PffM電路(Zero Transit1n PffM Converter)較之于其他類(lèi)型的軟開(kāi)關(guān)方式可以得到小的電流應(yīng)力、電壓應(yīng)力,得到了許多研究者的青睞,具體包括零電壓轉(zhuǎn)換PffM 電路 ZVT-PffM(Zero-Voltage-Transit1n PffM Converter)和零電流轉(zhuǎn)換 PffM 電路ZCT-PffM(Zero-Current-Transit1n PffM Converter),而零電流轉(zhuǎn)換 PffM 電路因其不改變主開(kāi)關(guān)管的定頻開(kāi)關(guān)方式在該boost電路中得到應(yīng)用,該零電流PffM單元可以實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)管的零電流開(kāi)通、主開(kāi)關(guān)管的零電流關(guān)斷、輔助開(kāi)關(guān)管的零電流開(kāi)通和輔助開(kāi)關(guān)管的零電流關(guān)斷。在該單元中選擇將諧振電感轉(zhuǎn)化為分裂電感,保證兩個(gè)高頻開(kāi)關(guān)的零損耗開(kāi)通和關(guān)斷,并且提高了二極管D上的耐壓水平。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明針對(duì)分裂電感零電流轉(zhuǎn)換boost斬波電路存在的問(wèn)題,即直流側(cè)輸入電感L分別對(duì)包含有主開(kāi)關(guān)管的支路和包含有輔助開(kāi)關(guān)管的支路的電流造成一定影響使得電路在不同模態(tài)下不能按照預(yù)定的方向變化,對(duì)該電感電感L作了改進(jìn),此外,詳細(xì)補(bǔ)充敘述了調(diào)制策略和控制方法。
[0005]本發(fā)明電路的技術(shù)方案為:一種改進(jìn)型分裂電感零電流轉(zhuǎn)換boost斬波電路,包括2個(gè)帶有反并聯(lián)二極管的IGBT主開(kāi)關(guān)管S1、輔助開(kāi)關(guān)管S2,2個(gè)諧振電感Lm Lr2,1個(gè)諧振電容C;,I個(gè)直流側(cè)輸入電感L,I個(gè)二極管D,I個(gè)輸出電容C。和與之并聯(lián)的輸出側(cè)負(fù)載;
[0006]所述主開(kāi)關(guān)管S1、第一諧振電感Lh、直流側(cè)輸入電感L和直流側(cè)電壓源\相串聯(lián),而輔助開(kāi)關(guān)管S2、第二諧振電感1^2、諧振電容(;相串聯(lián)形成的支路與主開(kāi)關(guān)管S1、第一諧振電感Lh形成的支路相并聯(lián),二極管D的陽(yáng)極與第二諧振電感L ^的一端相連接,二極管D的陰極與輸出端的輸出穩(wěn)壓電容C。相連,該輸出電容與輸出負(fù)載并聯(lián);
[0007]所述主開(kāi)關(guān)管S1和輔助開(kāi)關(guān)管S 2都工作在高頻狀態(tài);輔助開(kāi)關(guān)管S 2用于實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)的零電流關(guān)斷,輔助開(kāi)關(guān)S2在主開(kāi)關(guān)管S i關(guān)斷前導(dǎo)通。
[0008]本發(fā)明的調(diào)制方法的技術(shù)方案為:
[0009]一種改進(jìn)型分裂電感零電流轉(zhuǎn)換boost斬波電路的調(diào)制方法,包括以下步驟:
[0010][t0, D:t。時(shí)刻,主開(kāi)關(guān)管S 1、第一諧振電感Ln、直流側(cè)輸入電感L和直流側(cè)電壓源Vg形成一條續(xù)流回路,流過(guò)該回路的電流在該時(shí)間段內(nèi)是一個(gè)穩(wěn)定的值I y而與與主開(kāi)關(guān)管S1、第一諧振電感Lh形成的支路相并聯(lián)的包含有輔助開(kāi)關(guān)管S2、第二諧振電感Lrt和諧振電容C1^的支路中,i S2= 0,V Cr= -U ca, vD= -V。,該時(shí)間段類(lèi)似于傳統(tǒng)硬開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)下boost的儲(chǔ)能階段;
[0011][tl,t2)山時(shí)刻,輔助開(kāi)關(guān)管S2導(dǎo)通,在原來(lái)導(dǎo)通支路的基礎(chǔ)上新增了由輔助開(kāi)關(guān)管S2、第二諧振電感Lrf和諧振電容C j且成的支路,該時(shí)段工作為分析分為三個(gè)小時(shí)間段,在第一個(gè)小時(shí)間段內(nèi),第一諧振電感L1^1上的電流込^非線性下降,輔助開(kāi)關(guān)管S』的電流iS2非線性增大,諧振電容上的電壓反向減小,直到主開(kāi)關(guān)管S 的電流i S1減小到0,主開(kāi)關(guān)管31實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷,第一個(gè)小時(shí)間段結(jié)束,進(jìn)入第二個(gè)小時(shí)間段,該時(shí)間段內(nèi)輔助開(kāi)關(guān)管S2上的電流i S2繼續(xù)非線性增到最大正向峰值,諧振電容C ^上的諧振電壓V 直非線性減小,直到減到0,主開(kāi)關(guān)管S1I的電流i S1反向增大到最大諧振峰值,該時(shí)間段結(jié)束,進(jìn)入第三個(gè)小時(shí)間段,該時(shí)間段內(nèi)主開(kāi)關(guān)管S1I的電流i S1反向減小,諧振電容C1J:的諧振電壓開(kāi)始從O正向增大,輔助開(kāi)關(guān)管S 2上的電流i S2正向減小直到12時(shí)刻i S2= I L, isl =O主開(kāi)關(guān)管S1實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷整個(gè)電路變化過(guò)程結(jié)束;
[0012][t2,t3):t2時(shí)刻后,i S2= I L, isl= 0,諧振電容Cr上的諧振電壓V &線性上升直到t3時(shí)刻V & = V。,該過(guò)程結(jié)束;
[0013][t3,t4):該時(shí)間段內(nèi),第二諧振電感L#諧振電容C;、直流側(cè)輸入電壓源Vg、輸出負(fù)載形成等效回路,第二諧振電感Lrt和諧振電容Q發(fā)生諧振;
[0014][t4,t5):輔助開(kāi)關(guān)管S2上的電流i S2維持在0,諧振電容C r上的諧振電壓V &也維持在一個(gè)定值,該時(shí)間段電路過(guò)程就是傳統(tǒng)硬開(kāi)關(guān)下PWM的boost斬波電路;
[0015][t5,t6):t5時(shí)刻,主開(kāi)關(guān)管S i零電流開(kāi)通,主開(kāi)關(guān)管S 的電流i S1線性上升直到t6時(shí)亥Ij i Si= IL該過(guò)程結(jié)束;
[001 6] [t6,to): t6時(shí)刻以后,第二諧振電感L r2、諧振電容Cr、直流側(cè)輸入電壓源Vg和第一諧振電感Lrl發(fā)生諧振。
[0017]進(jìn)一步,還包括采用SPffM調(diào)制策略,調(diào)制策略中選擇三角波作為載波。
[0018]進(jìn)一步,所述主開(kāi)關(guān)S1、輔助開(kāi)關(guān)管S2工作在高頻65KHz下。
[0019]進(jìn)一步,還包括選擇輸出電流和負(fù)載電壓V。作為新的控制變量,采用閉環(huán)PI調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0020]本發(fā)明的有益效果為:在原有的分裂電感零電流轉(zhuǎn)換boost斬波電路基礎(chǔ)上,主開(kāi)關(guān)管S1、第一諧振電感Lh、直流側(cè)輸入電感L和直流側(cè)電壓源Vgffi串聯(lián),而輔助開(kāi)關(guān)管S2、諧振電感Lrt、諧振電容(;相串聯(lián)形成的支路與主開(kāi)關(guān)管S 1、第一諧振電感Lh形成的支路相并聯(lián),二極管D的陽(yáng)極與第二諧振電感Lrt相連接,而二極管D的陰極與輸出端的輸出穩(wěn)壓電容C。相連,該輸出電容與輸出負(fù)載并聯(lián)。而原來(lái)的輸入側(cè)電感L = 5.7e-4H,由于該電感會(huì)使得主開(kāi)關(guān)管和輔助開(kāi)關(guān)管電流波形失真,現(xiàn)將其調(diào)整為L(zhǎng) = 5.7e-2H,以達(dá)到平穩(wěn)電流值的效果,再結(jié)合調(diào)制策略和控制方式的完善,電路工作效率得到進(jìn)一步提高。本文就電路輸入端輸入電流不平穩(wěn)進(jìn)行了分析和改進(jìn),并且添加了控制方法,以達(dá)到改善進(jìn)網(wǎng)電能質(zhì)量和提高電路工作效率的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1改進(jìn)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);
[0022]圖2控制系統(tǒng)框圖;
[0023]圖3分裂電感零電流轉(zhuǎn)換boost斬波電路各階段工作模態(tài)等效電路圖,其中:
[0024](a) t。?t:階段等效電路圖;
[0025](b) &?12階段等效電路圖;
[0026](c) t2?13階段等效電路圖;
[0027](d) t3?t 4階段等效電路圖;
[0028](e) t4?15階段等效電路圖;
[0029](f) t5?16階段等效電路圖;
[0030](g)t6?t。階段等效電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0032]如圖1所示,本發(fā)明的電路包括2個(gè)帶有反并聯(lián)二極管的IGBT主開(kāi)關(guān)管S1、輔助開(kāi)關(guān)管S2,2個(gè)諧振電感I個(gè)諧振電容C;,I個(gè)直流側(cè)輸入電感L,I個(gè)二極管D,I個(gè)輸出電容C。和與之并聯(lián)的輸出側(cè)負(fù)載;所述主開(kāi)關(guān)管S 1、第一諧振電感l(wèi)h、直流側(cè)輸入電感L和直流側(cè)電壓源V#串聯(lián),而輔助開(kāi)關(guān)管S 2、第二諧振電感Lm諧振電容(;相串聯(lián)形成的支路與主開(kāi)關(guān)管S1、第一諧振電感L形成的支路相并聯(lián),二極管D的陽(yáng)極與第二諧振電感1^2的一端相連接,二極管D的陰極與輸出端的輸出穩(wěn)壓電容C。相連,該輸出電容與輸出負(fù)載并聯(lián);所述主開(kāi)關(guān)管S1和輔助開(kāi)關(guān)管S2都工作在高頻狀態(tài);輔助開(kāi)關(guān)管32用于實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)的零電流關(guān)斷,輔助開(kāi)關(guān)S2在主開(kāi)關(guān)管關(guān)斷前開(kāi)通。
[0033]本發(fā)明將從以下幾個(gè)方面著手改進(jìn),具體內(nèi)容包括:
[0034](I)在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置上,原來(lái)的輸入側(cè)電感L = 5.7e_4H會(huì)造成主開(kāi)關(guān)管和輔