[发明专利]一种具有软开关能力的三端口变换器及其控制方法

说明书

本发明属于变换器控制技术领域，公开了一种具有软开关能力的三端口变换器，该变换器包括两个开关管、三个电容、两个二极管和两个电感。其可以实现三个端口间功率流的灵活控制，且能够实现所有开关管的零电压开通，以及所有二极管的自然关断，所有功率管均承受较低的电压应力，有效提高了离网型光伏发电系统的集成度及变换效率。本发明还公开了该变换器的控制方法，设计第一电感工作在电流断续模式，采用变频控制实现负载恒压控制；设计第二电感工作在电流双向连续导通模式，采用变占空比实现光伏组件最大功率点跟踪控制。

技术领域

本发明属于变换器控制技术领域，具体涉及一种具有软开关能力的三端口变换器及其控制方法。

背景技术

随着能源危机与环境污染的日益加剧，光伏发电技术受到各国政府和企业的广泛关注。由于太阳能具有波动性和随机性，离网型光伏发电系统需要配备蓄电池来储存和调节电能，保证向负载(如直流变换器、逆变器、直流微网等)连续稳定供电，且实现光伏电池的最大功率点跟踪(Maximum Pawer Point Tracking,MPPT)控制和蓄电池的充放电控制。由于离网型光伏发电系统具有光伏、蓄电池和负载三个端口。故常采用三端口变换器作为主电路拓扑，以减少器件数量，降低成本。光伏电池输出电压较低，且波动范围较大，三端口变换器需具备较高的电压增益才能满足负载侧电压要求。现有技术中具有高增益能力的三端口变换器普遍存在器件数量多、功率管电压应力高、体积和重量大等缺点。如果基于现有技术，通过增加开关频率来提高功率密度，开关损耗将是瓶颈。采用软开关技术，可以减小或消除开关损耗，从而解除开关频率的制约，而且可以解决宽禁带型器件应用的开关震荡和开关应力难题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种具有较高升压能力的三端口变换器及其控制方法，其具有较高的升压能力，可以实现三个端口间功率流的灵活控制，且所有开关管和二极管均承受较低的电压应力，能够实现所有开关管的零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)，以及所有二极管的自然关断，有效提高了离网型光伏发电系统的集成度及变换效率。

本发明提供了一种具有软开关能力的三端口变换器，所述三端口变换器的三个端口分别与光伏电池、蓄电池和负载连接，其特征在于，所述变换器包括：第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和第三电容；所述光伏电池的正极与所述第一电感的第一端、所述第二电容的第一端连接；所述第一电感的第二端与所述第一二极管的阳极连接；所述第一二极管的阴极与所述第一开关管的漏极、所述第二开关管的源极、所述蓄电池的负极连接；所述第二开关管的漏极与所述第一电容的第一端、所述第二电感的第一端连接；所述第二电感的第二端与所述蓄电池的正极、所述第二二极管的阳极连接；所述第二二极管的阴极与所述第三电容的第一端、所述负载的正极连接；所述负载的负极与所述光伏电池的负极、所述第一开关管的源极、所述第一电容的第二端、所述第二电容的第二端、所述第三电容的第二端连接。

优选的，本发明提供的三端口变换器还包括控制电路，所述控制电路包括第一控制支路、第二控制支路、调制单元，且所述第一控制支路与所述第二控制支路连接到所述调制单元；所述第一控制支路用于获取所述光伏电池的输出电压以及所述光伏电池的输出电流，产生第一控制信号，以实现所述光伏电池的最大功率点跟踪控制；所述第二控制支路用于获取所述负载的端电压，产生第二控制信号，以实现所述负载两端的恒压控制。

优选的，所述第一控制支路包括MPPT控制单元、第一加法器、第一控制器，所述第二控制支路包括第二加法器、第二控制器，所述调制单元包括压频转换器和比较器。

本发明还提供了一种具有较高升压能力的三端口变换器的控制方法，所述方法具体为：