光伏发电技术及其应用 教学课件 作者 魏学业 第五章.ppt

采用工频变压器作为逆变器主电路功率输出与负载电压的匹配和隔离时，逆变器具有功率可双向流动、可靠简单、无直流分量输出等优点。但由于工频变压器的存在，往往逆变器的功率密度小、体积大、笨重，在小功率场合使用不方便；而高频环节逆变技术用高频变压器替代工频变压器，具有效率高、体积小、重量轻、价格低廉等优点。 第5章 带高频环节的光伏逆变技术 直流/直流变流电路（DC/DC Converter）包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。直接直流变流电路也称斩波电路，功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。一般是指直接将直流电变为另一个电压的直流电。这种情况下输入与输出之间不隔离。间接直流变流电路在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入、输出间的隔离，因此也称为直—交—直电路。本节就这两种电路分别介绍它们的主要电路结构和工作原理。 5.2 高频DC/DC变换器 5.2.1 非隔离型直流斩波器 根据输入和输出之间连接的开关器件、二极管、电抗器等位置的不同，可以构成三种斩波电路：降压斩波器、升压斩波器和升降压斩波器。 1．降压斩波电路 如图5-2所示，降压斩波电路使用一个全控型器件VF，图中设置了续流二极管VD，在VF关断时给负载中电感电流提供通道。 5-2 降压斩波电路 2．升压斩波电路 如图5-3a所示，在升压斩波电路中，假设L和C值很大，VF处于导通时，电源E向电感L充电，电流恒定i1，电容C向负载R供电，输出电压uo恒定。VF处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。电路中的工作波形如图5-3b所示。 5-3 升压斩波电路 3．升降压斩波电路 升降压斩波电路结构如图5-4a所示，VF导通时，电源E经VF向L供电使其储能，此时电流为i1，同时C维持输出电压恒定并向负载R供电。VF关断时，L的能量向负载释放，电流为i2，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。电路工作波形如图5-4b所示。 5-4 升降压斩波电路 5.2.2 隔离型DC/DC变换器 隔离型DC/DC变换器同直流斩波电路相比，电路中增加了交流环节，因此也称为直—交—直电路。采用这种结构较为复杂的电路来完成直流/直流的变换有以下原因：输出端与输入端需要隔离；某些应用中需要相互隔离的多路输出；输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于1；交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量。间接直流变流电路分为单端（Single End）和双端（Double End）电路两大类。在单端电路中，变压器中流过的是直流脉动电流，而双端电路中，变压器中的电流为正负对称的交流电流，正励电路和反励电路属于单端电路，半桥、全桥和推挽电路属于双端电路。 1．正励电路 正励电路的电路拓扑如图5-5所示，开关S开通后，变压器绕组W1两端的电压为上正下负，与其耦合的W2绕组两端的电压也是上正下负，因此VD1导通，VD2断开，电感L的电流逐渐增长。S关断后，电感L通过VD2续流，VD1关断。变压器的励磁电流经W3绕组和VD3流回电源。所以 关断后承受的电压为。正励电路的理想化波形如图5-6所示。输出滤波电感电流连续时，输出电压与输入电压的关系为 图5-5 正励电路的电路拓扑 图5-6 正励电路的理想化波形 2．反励电路 反励电路的电路结构如图5-7所示，S开通后，VD处于断态，W1绕组的电流线性增长，电感储能增加。S关断后，W1绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过W2绕组和VD向输出端释放。反励电路工作波形如图5-8所示。 图5-7 反励电路的电路结构 图5-8 反励电路工作波形 3．半桥电路 半桥电路的电路结构如图5-9所示，S1与S2交替导通，使变压器一次侧形成幅值为Ui/2的交流电压，改变开关的占空比，就可以改变二次整流电压Ud的平均值，也就改变了输出电压Uo。S1导通时，二极管VD1处于通态，S2导通时，二极管VD2处于通态，当两个开关都关断时，变压器绕组W1中的电流为零，VD1和VD2都处于通态，各分担一半的电流。S1或S2导通时电感L的电流逐渐上升，两个开关都关断时，电感L的电流逐渐下降，S1和S2断态时承受的峰值电压均为Ui。半桥电路的工作理想波形如图5-10所示。 图5-9 半桥电路的电路结构 图5-10 半桥电路的工作理想波形 4．全桥电路 全桥电路的电路结构如图5-11所示，全桥电路中，互为对角的两个开关同时导通，同一侧半桥上下两开关交替导通，使变压器一次侧形成幅值为Ui的交流电压，改变占空比就可以改变输出电压。当S1与S