专利名称：高升压比变换器、太阳能逆变器与太阳能电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及升压电路及太阳能并网发电技术领域，具体地，涉及高升压比变换器、 太阳能逆变器与太阳能电池系统。
背景技术：
在近几年中，以风能和太阳能为主的可再生能源发电系统，在世界范围得到越来越多的应用。对于太阳能并网发电系统来说，除了目前占主流的集中式大功率太阳能电站外，分布式太阳能并网发电系统，由于其能优化太阳能电池板的工作状态，在多数情况下可以提高系统的年发电量，目前日益得到重视并成为一个研究热点。其中，基于太阳能微逆变器的分布式发电系统，尤为引人注目，并在美国得到广泛使用。太阳能微逆变器的核心是高效率升压电路、逆变电路及其控制技术，升压电路主要包括反激变换器及其衍生电路。对于太阳能微逆变器的应用来说，它需要的升压比很高。比如，一般的200W多晶硅太阳能电池板在最大功率点处的输出电压为25V 36V左右，通过微逆变器接MOV单相电网并网发电时，微逆变器输出电压要达到340V左右，需要的电压变比最大为13.6。目前，有源箝位反激变换器(previous art)作为一种常用反激变换器，由于具有较高的升压比、以及可以实现变压器原边开关管的零电压开通和副边二极管的零电流关断的优点，在很多中小功率变换场合以及太阳能发电场合得到广泛应用。在传统有源箝位反激变换器中，包括图Ia显示的低端箝位反激变换器与图Ib显示的高端箝位反激变换器。在图la与图lb中，开关管a和a互补开通和关断。为实现Gk的零电压开通，
外加谐振电感￡的电感值较小，在电路稳态分析过程中Iv可以忽略。于是可以得到有源箝位反激变换器的输出电压的表达式为 ND
权利要求
1.一种高升压比变换器，其特征在于，包括直流输入电源，半波整流电容 Cjr ,箝位电容€^ ,变压器，变压器原边励磁电感4，谐振电感ι ,功率半导体开关达与达，β,与这的体二极管或额外的并联二极管％与％3 ,输出电阻知，以及变压器副边整流二极管场；其中所述直流输入电源的正极，与变压器原边线圈的始端连接；经箝位电容Ca后，与变压器副边线圈的始端、变压器副边整流二极管U1的阴极、功率半导体开关ft的漏极、达的体二极管或额外的并联二极管~的阴极、以及输出电阻的第一连接端连接；依次经变压器原边励磁电感4与谐振电感矣后，与功率半导体开关色的源极、03的体二极管或额外的并联二极管的阳极、功率半导体开关ft的漏极、以及达的体二极管或额外的并联二极管Λβ!的阴极连接；并经半波整流电容&后，与直流输入电源的负极、功率半导体开关01的源极、Qt的体二极管或额外的并联二极管％的阳极、以及输出电阻的第二连接端连接；所述变压器原边线圈的末端，与变压器原边励磁电感、及谐振电感A的公共端连接；变压器副边线圈的末端，与变压器副边整流二极管钱的阳极连接；功率半导体开关Gk的栅极，用于输入占空比为 的脉冲信号；功率半导体开关O2的栅极，用于输入占空比为 1-Λ的脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的高升压比变换器，其特征在于，还包括变压器副边滤波电容 C1 ；所述变压器副边滤波电容C1,连接在变压器副边线圈的始端与变压器副边整流二极管 D1的阴极之间。
3.根据权利要求1或2所述的高升压比变换器，其特征在于，还包括旁路电容^与 Cm ；所述旁路电容％，并接在0!的体二极管或额外的并联二极管^！的阳极与阴极之间；所述旁路电容；，并接在ft的体二极管或额外的并联二极管^^的阳极与阴极之间。
4.根据权利要求1或2所述的高升压比变换器，其特征在于，所述直流输入电源，为至少包括太阳能电池板PV或蓄电池的储能设备或风能发电设备或光热发电装置；所述功率半导体开关G11 Uft ,至少包括金属氧化物场效应晶体管M0SFET、绝缘栅极双极型晶体管IGBT与二极管中的至少一种。
5.一种高升压比变换器，其特征在于，包括直流输入电源，全波整流电容G ,箝位电容Ca，变压器，变压器原边励磁电感&，谐振电感知，功率半导体开关达与达，fit和込的体二极管或额外的并联二极管^1与J^2 ,输出电阻Iff,以及变压器副边整流二极管钱与 ^3 ；其中所述直流输入电源的正极，与变压器原边线圈的始端连接；经箝位电容Ca后，与变压器副边整流二极管IJi的阳极、变压器副边线圈的始端、变压器副边整流二极管U2的阴极、 功率半导体开关02的漏极、Q1的体二极管或额外的并联二极管的阴极、以及输出电阻 ^O的第一连接端连接；依次经变压器原边励磁电感4与谐振电感后，与功率半导体开关込的源极、Qs的体二极管或额外的并联二极管~的阳极、功率半导体开关C1的漏极、 以及fik的体二极管或额外的并联二极管Dbi的阴极连接；并经全波整流电容C2后，与直流输入电源的负极、功率半导体开关fii的源极、&的体二极管或额外的并联二极管J^I的阳极、以及输出电阻A0的第二连接端连接；所述变压器原边线圈的末端，与变压器原边励磁电感￡■及谐振电感矣的公共端连接； 变压器副边线圈的末端，与变压器副边整流二极管Bi的阴极及变压器副边整流二极管的阳极连接；功率半导体开关込的栅极，用于输入占空比为JJ的脉冲信号；功率半导体开关达的栅极，用于输入占空比为U的脉冲信号。
6.根据权利要求5所述的高升压比变换器，其特征在于，还包括变压器副边滤波电容 MC4 ;所述变压器副边滤波电容连接在变压器副边线圈的始端与变压器副边整流二极管线的阳极之间；所述变压器副边滤波电容C4 ,连接在变压器副边线圈的始端与变压器副边整流二极管的阴极之间。
7.根据权利要求5或6所述的高升压比变换器，其特征在于，还包括旁路电容％与 Cm ；所述旁路电容并接在Q1的体二极管或额外的并联二极管^1的阳极与阴极之间；所述旁路电容％，并接在达的体二极管或额外的并联二极管％的阳极与阴极之间。
8.根据权利要求5或6所述的高升压比变换器，其特征在于，所述直流输入电源，为至少包括太阳能电池板PV或蓄电池的储能设备或风能发电设备或光热发电装置；所述功率半导体开关& US3 ,至少包括金属氧化物场效应晶体管M0SFET、绝缘栅极双极型晶体管IGBT与二极管中的至少一种。
9.一种高升压比变换器，其特征在于，包括直流输入电源，半波整流电容Cjw ,箝位电容Ca，变压器，变压器原边励磁电感,谐振电感ι ,功率半导体开关込与这，Gk和02的体二极管或额外的并联二极管,输出电阻,以及变压器副边整流二极管U1 ；其中所述直流输入电源的正极，与变压器原边线圈的始端连接；经箝位电容Qs后，与变压器副边线圈的始端、变压器副边整流二极管钱的阴极、功率半导体开关fib的漏极、ft的体二极管或额外的并联二极管J^2的阴极、以及输出电阻Iff的第一连接端连接；依次经变压器原边励磁电感4与谐振电感4后，与功率半导体开关込的源极、Gb的体二极管或额外的并联二极管的阳极、功率半导体开关&的漏极、以及&的体二极管或额外的并联二极管~的阴极连接；并经半波整流电容Cw后，与直流输入电源的负极、功率半导体开关 Q1的源极、以及达的体二极管或额外的并联二极管~的阳极连接；所述变压器原边线圈的末端，与变压器原边励磁电感^及谐振电感矣的公共端连接； 变压器副边线圈的末端，与变压器副边整流二极管钱的阳极连接；输出电阻Ασ的第二连接端与直流输入电源的正极连接；功率半导体开关fik的栅极，用于输入占空比为Λ的脉冲信号；功率半导体开关达的栅极，用于输入占空比为l-β的脉冲信号。
10.根据权利要求9所述的高升压比变换器，其特征在于，还包括变压器副边滤波电容 C1 ；所述变压器副边滤波电容C1,连接在变压器副边线圈的始端与变压器副边整流二极管 D1的阴极之间。
11.根据权利要求9或10所述的高升压比变换器，其特征在于，还包括旁路电容％与 ；所述旁路电容Cfl1,并接在达的体二极管或额外的并联二极管~的阳极与阴极之间；所述旁路电容，并接在达的体二极管或额外的并联二极管％!的阳极与阴极之间。
12.根据权利要求9或10所述的高升压比变换器，其特征在于，所述直流输入电源，为至少包括太阳能电池板PV或蓄电池的储能设备或风能发电设备或光热发电装置；所述功率半导体开关S1 Uft ,至少包括金属氧化物场效应晶体管M0SFET、绝缘栅极双极型晶体管IGBT与二极管中的至少一种。
13.—种高升压比变换器，其特征在于，包括直流输入电源，全波整流电容q，箝位电容Ca，变压器，变压器原边励磁电感4，谐振电感知，功率半导体开关fit与込，fik和込的体二极管或额外的并联二极管^！与^^=，输出电阻,以及变压器副边整流二极管B1 与瑪；其中所述直流输入电源的正极，与变压器原边线圈的始端连接；经箝位电容Ce后,与变压器副边整流二极管从的阳极、变压器副边线圈的始端、变压器副边整流二极管力2的阴极、功率半导体开关込的漏极、Q2的体二极管或额外的并联二极管~的阴极、以及输出电阻的第一连接端连接；依次经变压器原边励磁电感4与谐振电感4后，与功率半导体开关込的源极、达的体二极管或额外的并联二极管~的阳极、功率半导体开关Q1的漏极、以及&的体二极管或额外的并联二极管Λβ!的阴极连接；并经全波整流电容G后，与直流输入电源的负极、功率半导体开关S1的源极、以及G1的体二极管或额外的并联二极管Λβ 的阳极连接；所述变压器原边线圈的末端，与变压器原边励磁电感&及谐振电感A的公共端连接； 变压器副边线圈的末端，与变压器副边整流二极管钱的阴极及变压器副边整流二极管D2 的阳极连接；输出电阻的第二连接端与直流输入电源的正极连接；功率半导体开关込的栅极，用于输入占空比为的脉冲信号；功率半导体开关込的栅极，用于输入占空比为 I-i 的脉冲信号。
14.根据权利要求13所述的高升压比变换器，其特征在于，还包括变压器副边滤波电容<^与€4 ;所述变压器副边滤波电容连接在变压器副边线圈的始端与变压器副边整流二极管钱的阳极之间；所述变压器副边滤波电容C4 ,连接在变压器副边线圈的始端与变压器副边整流二极管U2的阴极之间。
15.根据权利要求13或14所述的高升压比变换器，其特征在于，还包括旁路电容C01与C02 ；所述旁路电容％，并接在ft的体二极管或额外的并联二极管Ug1的阳极与阴极之间；所述旁路电容C02 ,并接在达的体二极管或额外的并联二极管1 的阳极与阴极之间。
16.根据权利要求13或14所述的高升压比变换器，其特征在于，所述直流输入电源，为至少包括太阳能电池板PV或蓄电池的储能设备或风能发电设备或光热发电装置；所述功率半导体开关Oi Ug2 ,至少包括金属氧化物场效应晶体管M0SFET、绝缘栅极双极型晶体管IGBT与二极管中的至少一种。
17.一种基于权利要求1所述的高升压比变换器的太阳能逆变器，其特征在于，包括高升压比变换器、全桥逆变模块、带有最大功率点跟踪MPPT功能的逆变器控制器与并网电压源 ^1，其中所述高升压比变换器输入端的直流输入电源，输出直流电压与直流电流至带有MPPT 功能的逆变器控制器；高升压比变换器的输出电压，经全桥逆变模块后，与并网电压源Yif连接，并输出并网电压的有效值及并网电流的有效值至带有MPPT功能的逆变器控制器。
18.根据权利要求17所述的基于高升压比变换器的太阳能逆变器，其特征在于，所述全桥逆变模块包括功率半导体计叉这、込、O5 1J O5 ,所述高升压比变换器的输出电压的第一接线端，与功率半导体开关ft的漏极、以及功率半导体开关这的漏极连接；第二接线端，与功率半导体开关S1的源极、以及功率半导体开关O5的源极连接；所述功率半导体开关込的源极与功率半导体开关G1的漏极连接，并经并网电压源Vp 后，与功率半导体开关Gk的源极、以及功率半导体开关ft的漏极连接；功率半导体开/〈·a的栅极、功率半导体开关a栅极、功率半导体开关Os的栅极、以及功率半导体开关S5的栅极，均为控制端。
19.根据权利要 第一连接端，与功率半导体开关还的漏极、以及功率半导体开关fe的漏极连接；第二连接端，与功率半导体开关G1的源极、以及功率半导体开关Ss的源极连接。
20.根据权利要求19所述的基于高升压比变换器的太阳能逆变器，其特征在于，还包括输出端电感与^!,所述输出端电感连接在功率半导体开关这的源极与并网电压源^■ 之间，所述输出端电感JW连接在功率半导体开关込的源极与并网电压源v^ii 间。
21.一种基于权利要求5所述的高升压比变换器的太阳能逆变器，其特征在于，包括高升压比变换器、全桥逆变模块、带有MPPT功能的逆变器控制器与并网电压源,其中所述高升压比变换器输入端的直流输入电源，输出直流电压与直流电流至带有MPPT 功能的逆变器控制器；高升压比变换器的输出电压，经全桥逆变模块后，与并网电压源1Vii连接，并输出并网电压的有效值》W及并网电流的有效值至带有MPPT功能的逆变器控制器。
22.根据权利要求21所述的基于高升压比变换器的太阳能逆变器，其特征在于，所述全桥逆变模块包括功率半导体开关&、込、ft 1J a，所述高升压比变换器的输出电压的第一接线端，与功率半导体开关的漏极、以及功率半导体开关Gk的漏极连接；第二接线端，与功率半导体开关Q1的源极、以及功率半导体开关Oi的源极连接；所述功率半导体开关a的源极与功率半导体开关a的漏极连接，并经并网电压源iil后，与功率半导体开关込的源极、以及功率半导体开关ft的漏极连接；功率半导体开关込的栅极、功率半导体开关β 栅极、功率半导体开关a的栅极、以及功率半导体开关达的栅极，均为控制端。
23.根据权利要求21或22所述的基于高升压比变换器的太阳能逆变器，其特征在于， 在所述高升压比变换器的输出端，并接有输出端滤波电容& ;所述输出端滤波电容C0的第一连接端，与功率半导体开关的漏极、以及功率半导体开关Gk的漏极连接；第二连接端，与功率半导体开关β 的源极、以及功率半导体开关达的源极连接。
24.根据权利要求23所述的基于高升压比变换器的太阳能逆变器，其特征在于，还包括输出端电感 与‘，所述输出端电感连接在功率半导体开关&的源极与并网电压源^■ 之间，所述输出端电感‘连接在功率半导体开关&的源极与并网电压源^■ 之间。
25.一种基于权利要求9所述的高升压比变换器的太阳能逆变器，其特征在于，包括高升压比变换器、全桥逆变模块、带有MPPT功能的逆变器控制器与并网电压源其中所述高升压比变换器输入端的直流输入电源，输出直流电压与直流电流至带有MPPT 功能的逆变器控制器；高升压比变换器的输出电压，经全桥逆变模块后，与并网电压源连接，并输出并网电压的有效值及并网电流的有效值至带有MPPT功能的逆变器控制器。
26.根据权利要求25所述的基于高升压比变换器的太阳能逆变器，其特征在于，所述全桥逆变模块，包括晶闸管达与& ,以及功率半导体开关β 与达；所述高升压比变换器的输出电压的第一接线端，与晶闸管达的阳极、以及晶闸管込的阳极连接；第二接线端，与功率半导体开关β 的源极、以及功率半导体开关Qi的源极连接；所述晶闸管ft的阴极与功率半导体开关β 的漏极连接，并经并网电压源ν-后，与晶闸管込的阴极、以及功率半导体开关込的漏极连接；晶闸管ft的控制极、功率半导体开关Q4栅极、晶闸管&的控制极、以及功率半导体开关Si的栅极，均为控制端。
27.根据权利要求沈所述的基于高升压比变换器的太阳能逆变器，其特征在于，还包括输出端电感与‘，所述输出端电感连接在功率半导体开关这的源极与并网电压源· V 之间，所述输出端电感■^连接在功率半导体开关ft的源极与并网电压源1V 之间。
28.一种基于权利要求13所述的高升压比变换器的太阳能逆变器，其特征在于，包括高升压比变换器、全桥逆变模块、带有MPPT功能的逆变器控制器与并网电压源Vers ,其中所述高升压比变换器输入端的直流输入电源，输出直流电压与直流电流至带有MPPT 功能的逆变器控制器；高升压比变换器的输出电压，经全桥逆变模块后，与并网电压源连接，并输出并网电压的有效值》f^b及并网电流的有效值^ 至带有MPPT功能的逆变器控制器。
29.根据权利要求观所述的基于高升压比变换器的太阳能逆变器，其特征在于，所述全桥逆变模块，包括晶闸管达与&,以及功率半导体开关β 与Si ；所述高升压比变换器的输出电压的第一接线端，与晶闸管达的阳极、以及晶闸管込的阳极连接；第二接线端，与功率半导体开关β 的源极、以及功率半导体开关a的源极连接；所述晶闸管达的阴极与功率半导体开关达的漏极连接，并经并网电压源γ-后，与晶闸管β5的阴极、以及功率半导体开关Oi的漏极连接；晶闸管这的控制极、功率半导体开关Qt栅极、晶闸管达的控制极、以及功率半导体开关込的栅极，均为控制端。
30.根据权利要求四所述的基于高升压比变换器的太阳能逆变器，其特征在于，还包括输出端电感iW与‘，所述输出端电感￡ 连接在功率半导体开关ft的源极与并网电压源Vff 之间，所述输出端电感Ito连接在功率半导体开关Ift的源极与并网电压源 之间。
31.一种基于权利要求1或5或9或13所述的高升压比变换器的太阳能电池系统，其特征在于，至少包括发电装置、逆变器、以及电网和/或电器设备，所述发电装置、逆变器、 以及电网和/或电器设备依次连接；所述发电装置输出的电压与电流，经逆变器处理后，供给电网和/或电器设备。
32.根据权利要求31所述的基于高升压比变换器的太阳能电池系统，其特征在于，所述逆变器，至少包括高升压比变换器、控制电路、辅助电源与通讯模块；其中所述控制电路及辅助电源，分别与高升压比变换器及通讯模块连接；发电装置输出的电压与电流，经高升压比变换器处理后，供给电网和/或电器设备连接。
33.根据权利要求31或32所述的基于高升压比变换器的太阳能电池系统，其特征在于，至少还包括通信网关、计算机服务器、以及监控和管理中心；所述通讯模块、通信网关、 计算机服务器、以及监控和管理中心，依次连接。
34.根据权利要求31或32所述的基于高升压比变换器的太阳能电池系统，其特征在于，所述发电装置，至少包括并行设置的风力发电装置与太阳能发电装置。
全文摘要
本发明公开了高升压比变换器、太阳能逆变器与太阳能电池系统，通过高升压比变换器，可以把一些功率源的较低输出电压转换成较高输出电压；根据具体应用和控制方法的不同，第一至第四技术方案的高升压比变换器的输出可以是标准直流电压或者经过控制调制的特定电压波形。本发明所述高升压比变换器、太阳能逆变器与太阳能电池系统，可以克服现有技术中升压比小、传输路径长、额外损耗大与能量转换效率低等缺陷，以实现升压比大、传输路径短、额外损耗小与能量转换效率高的优点。
文档编号H02J3/38GK102447396SQ20121000396
公开日2012年5月9日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者梁志刚, 郑崇峰 申请人:无锡联动太阳能科技有限公司