[发明专利]一种适用于光伏直流升压系统的高变比DC-DC变换器及方法

说明书

本发明公开了一种适用于光伏直流升压系统的高变比DC‑DC变换器及方法，所述变换器内集成三级升压转换电路；第一级升压变换电路为boost电路，通过第一电感L₁的储能与释放，将输入电压V_in升压至电容C₁两端电压V_C1；第二级升压变换电路为变压器匝比升压电路，将电容C₁两端电压V_C1通过变压器匝比被升压至变压器高压侧电压NV_C1；第三级升压变换电路为buck‑boost电路，当升压变换电路占空比大于0.5时，通过第二电感L₂每个开关周期内的能量转移原理，实现升压转换，将变压器高压侧电压NV_C1升压至输出电压V_o。本发明可在较小变压器匝比的条件下实现较大的电压增益，并实现变压器漏感能量被循环吸收利用，减小了功率器件的电压应力。

技术领域

本发明涉及一种适用于光伏直流升压系统的高变比DC-DC变换器及方法。

背景技术

由于光伏组件的输出电压通常较低，例如，单个组件输出电压一般为28～32Vdc，难以满足后级负载的供电需求，因而需要通过一个具有高变比特性的直流变换器来实现电压转换。因此，高变比直流升压DC-DC变换器是连接光伏电池板和高压直流母线，以及实现MPPT算法的关键部分。

非隔离型变换器具有元器件数量较少、体积小以及结构简单等优势，在不要求电气隔离的场合获得了较广泛应用。然而，非隔离型变换器存在一定的安全风险，同时，非隔离型变换器的电压增益不够高，限制了其应用场合。

隔离型DC-DC变换器由于具有高电压增益和电气隔离等特性，目前已被广泛应用在实际系统中。传统全桥DC-DC变换器由于可靠性高而被广泛采用，然而该电路电压增益主要依赖变压器匝比。匝比过大容易导致变压器寄生参数增大，如漏感和分布电容等，从而产生电压尖峰和振荡问题。此外，Minh-Khai Nguyen等人提出了一种准开关Boost型的隔离型拓扑，该电路允许存在直通状态，并利用输入侧电感的储能，提高了变换器电压转换比。

Minh-Khai Nguyen等人在文献“Nguyen M,Lim Y,Choi J,et al.Isolated HighStep-Up DC–DC Converter Based on Quasi-Switched-Boost Network[J].IEEETransactions on Industrial Electronics,2016,63(12):7553-7562.”提出的方案中，实现将40Vdc升压至400Vdc的电压转换(本发明是40-600Vdc)。然而，由于输入侧电感值很大，使得输入侧电感与输入侧电容之间的谐振频率降低，当开关频率较高时，变换器容易产生振荡，而且，由于漏感的存在，在开关切换时刻，电路中会产生较大的电压尖峰，且输出功率越大，电压尖峰越大，从而损坏电路中的功率元器件。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种适用于光伏直流升压系统的高变比DC-DC变换器及方法，通过改进电路拓扑及其调制原理，可在较小变压器匝比(本发明中变压器匝比为1:3，通常变压器升压匝比小于4的可认为是较小匝比)的条件下实现较大的电压增益，并实现变压器漏感能量被循环吸收利用，减小了功率器件的电压应力。

本发明技术解决方案：