[发明专利]单级式Boost全桥升压零电流开关直流变换器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种单级式Boost全桥升压零电流开关直流变换器及其控制方法，变换器原边由一个升压电感、LC串联谐振腔和全桥模块组成，其中全桥模块滞后桥臂的两个开关管分别正向串联一个二极管，以防电流反向流通，而副边为倍压整流电路，原副边通过高频变压器连接。变换器采用定频移相PWM控制。超前桥臂的两个开关管驱动具有相同的大于0.5的占空比，且相位差半个开关周期。滞后桥臂的两个开关管驱动占空比均为0.5，且相位差半个开关周期。两个桥臂对角线上的开关管驱动之间具有一个移相角，超前桥臂的驱动占空比与该移相角满足一个固定关系式，通过控制该移相角可以调节传输功率和升压比的大小。本发明可以实现所有半导体器件的零电流开通和关断。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，主要应用于光伏发电直流升压汇集系统中，涉及Boost全桥升压型零电流开关直流变换器。

背景技术

根据REN21(世纪可再生能源政策网络)发布的《全球可再生能源现状报告2019》，2018年全球新能源发电新增装机容量达到181GW，其中光伏发电约新增100GW。光伏发电采用中压直流汇集是未来一个重要的发展方向，我国国家重点研发计划智能电网专项早在2016年的第一批项目中，就设立了一个“大型光伏电站直流升压汇集接入关键技术及设备研制”专题。针对单级式MPPT型光伏发电中压直流汇集方案，中国科学院电工研究所研究了Boost全桥升压变换器的工作性能(X.Huang,H.Wang,L.Guo,Y.Wang and H.Xu,DC-SeriesPV Collection DC/DC Converter with Wide Output Voltage Regulation Range,IECON 2018-44th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society,Washington,DC,2018,pp.4359-4364.)，但所有开关管都是硬关断的，开关损耗大。文献(R.Suryadevara and L.Parsa,Full-Bridge ZCS-Converter-Based High-Gain ModularDC-DC Converter for PV Integration With Medium-Voltage DC Grids,in IEEETransactions on Energy Conversion,vol.34,no.1,pp.302-312,March 2019.)提出了一种可以实现所有主开关管零电流开关的全桥升压变换器，其中四个主开关采用单向导通器件，比如采用IGBT串联二极管的方式。利用开关器件的单向导电性，保证谐振电流下降为零之后不会继续反向谐振，从而实现开关器件的ZCS开通和关断。但由于需要在每个IGBT上串联一个二极管，所以增加了该变换器的导通损耗。

发明内容

针对光伏发电直流升压汇集系统中已有的单级式Boost全桥升压汇集方案中存在每个开关管额外串联了一个阻断二极管导致导通损耗明显升高的问题，本发明提供单级式Boost全桥升压零电流开关直流变换器，在减少阻断二极管数量的同时，缩短了其导通时间，并可以实现所有半导体器件的零电流开通和关断，从而提高传输效率；