一种改进型分裂电感零电流转换boost斩波电路及其调制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于光伏并网发电技术电力电子技术领域，具体涉及分裂电感零电流转换boost斩波电路的改进和模态分析和调制方法。
【背景技术】
[0002]高频工作下的绝缘栅双极晶体管(IGBT)在高压大电流场合应用较多，但是它属于少数载流子器件存在严重的“拖尾现象”，这不仅仅会使得开关工作在硬开关状态下，产生一定的关断损耗，进而使得电路效率降低，这将要限制开关的高频化操作，设备的热稳定性降低，软开关的使用可以在一定程度上减小开关损耗，主要是通过在开关开通前后引入谐振过程来消除开关过程中的器件损耗，因此，软开关技术的引入可以很好地解决以上的问题。
[0003]零转换PffM电路(Zero Transit1n PffM Converter)较之于其他类型的软开关方式可以得到小的电流应力、电压应力，得到了许多研究者的青睐，具体包括零电压转换PffM 电路 ZVT-PffM(Zero-Voltage-Transit1n PffM Converter)和零电流转换 PffM 电路ZCT-PffM(Zero-Current-Transit1n PffM Converter)，而零电流转换 PffM 电路因其不改变主开关管的定频开关方式在该boost电路中得到应用，该零电流PffM单元可以实现主开关管的零电流开通、主开关管的零电流关断、辅助开关管的零电流开通和辅助开关管的零电流关断。在该单元中选择将谐振电感转化为分裂电感，保证两个高频开关的零损耗开通和关断，并且提高了二极管D上的耐压水平。
【发明内容】
[0004]本发明针对分裂电感零电流转换boost斩波电路存在的问题，即直流侧输入电感L分别对包含有主开关管的支路和包含有辅助开关管的支路的电流造成一定影响使得电路在不同模态下不能按照预定的方向变化，对该电感电感L作了改进，此外，详细补充叙述了调制策略和控制方法。
[0005]本发明电路的技术方案为:一种改进型分裂电感零电流转换boost斩波电路，包括2个带有反并联二极管的IGBT主开关管S1、辅助开关管S2，2个谐振电感Lm Lr2,1个谐振电容C；，I个直流侧输入电感L，I个二极管D，I个输出电容C。和与之并联的输出侧负载；
[0006]所述主开关管S1、第一谐振电感Lh、直流侧输入电感L和直流侧电压源\相串联，而辅助开关管S2、第二谐振电感1^2、谐振电容(；相串联形成的支路与主开关管S1、第一谐振电感Lh形成的支路相并联，二极管D的阳极与第二谐振电感L ^的一端相连接，二极管D的阴极与输出端的输出稳压电容C。相连，该输出电容与输出负载并联；
[0007]所述主开关管S1和辅助开关管S 2都工作在高频状态；辅助开关管S 2用于实现主开关的零电流关断，辅助开关S2在主开关管S i关断前导通。
[0008]本发明的调制方法的技术方案为:
[0009]一种改进型分裂电感零电流转换boost斩波电路的调制方法，包括以下步骤:
[0010][t0, D:t。时刻，主开关管S 1、第一谐振电感Ln、直流侧输入电感L和直流侧电压源Vg形成一条续流回路，流过该回路的电流在该时间段内是一个稳定的值I y而与与主开关管S1、第一谐振电感Lh形成的支路相并联的包含有辅助开关管S2、第二谐振电感Lrt和谐振电容C1^的支路中，i S2= 0，V Cr= -U ca, vD= -V。，该时间段类似于传统硬开关工作状态下boost的储能阶段；
[0011][tl，t2)山时刻，辅助开关管S2导通，在原来导通支路的基础上新增了由辅助开关管S2、第二谐振电感Lrf和谐振电容C j且成的支路，该时段工作为分析分为三个小时间段，在第一个小时间段内，第一谐振电感L1^1上的电流込^非线性下降，辅助开关管S』的电流iS2非线性增大，谐振电容上的电压反向减小，直到主开关管S 的电流i S1减小到0，主开关管31实现零电流关断，第一个小时间段结束，进入第二个小时间段，该时间段内辅助开关管S2上的电流i S2继续非线性增到最大正向峰值，谐振电容C ^上的谐振电压V 直非线性减小，直到减到0，主开关管S1I的电流i S1反向增大到最大谐振峰值，该时间段结束，进入第三个小时间段，该时间段内主开关管S1I的电流i S1反向减小，谐振电容C1J:的谐振电压开始从O正向增大，辅助开关管S 2上的电流i S2正向减小直到12时刻i S2= I L, isl =O主开关管S1实现零电流关断整个电路变化过程结束；
[0012][t2，t3):t2时刻后，i S2= I L, isl= 0，谐振电容Cr上的谐振电压V &线性上升直到t3时刻V & = V。，该过程结束；
[0013][t3，t4):该时间段内，第二谐振电感L#谐振电容C；、直流侧输入电压源Vg、输出负载形成等效回路，第二谐振电感Lrt和谐振电容Q发生谐振；
[0014][t4，t5):辅助开关管S2上的电流i S2维持在0，谐振电容C r上的谐振电压V &也维持在一个定值，该时间段电路过程就是传统硬开关下PWM的boost斩波电路；
[0015][t5，t6):t5时刻，主开关管S i零电流开通，主开关管S 的电流i S1线性上升直到t6时亥Ij i Si= IL该过程结束;
[001 6] [t6，to): t6时刻以后，第二谐振电感L r2、谐振电容Cr、直流侧输入电压源Vg和第一谐振电感Lrl发生谐振。
[0017]进一步，还包括采用SPffM调制策略，调制策略中选择三角波作为载波。
[0018]进一步，所述主开关S1、辅助开关管S2工作在高频65KHz下。
[0019]进一步，还包括选择输出电流和负载电压V。作为新的控制变量，采用闭环PI调节来实现。
[0020]本发明的有益效果为:在原有的分裂电感零电流转换boost斩波电路基础上，主开关管S1、第一谐振电感Lh、直流侧输入电感L和直流侧电压源Vgffi串联，而辅助开关管S2、谐振电感Lrt、谐振电容(；相串联形成的支路与主开关管S 1、第一谐振电感Lh形成的支路相并联，二极管D的阳极与第二谐振电感Lrt相连接，而二极管D的阴极与输出端的输出稳压电容C。相连，该输出电容与输出负载并联。而原来的输入侧电感L = 5.7e-4H，由于该电感会使得主开关管和辅助开关管电流波形失真，现将其调整为L = 5.7e-2H，以达到平稳电流值的效果，再结合调制策略和控制方式的完善，电路工作效率得到进一步提高。本文就电路输入端输入电流不平稳进行了分析和改进，并且添加了控制方法，以达到改善进网电能质量和提高电路工作效率的目的。
【附图说明】
[0021]图1改进的电路拓扑结构；
[0022]图2控制系统框图；
[0023]图3分裂电感零电流转换boost斩波电路各阶段工作模态等效电路图，其中:
[0024](a) t。?t:阶段等效电路图；
[0025](b) &?12阶段等效电路图；
[0026](c) t2?13阶段等效电路图；
[0027](d) t3?t 4阶段等效电路图；
[0028](e) t4?15阶段等效电路图；
[0029](f) t5?16阶段等效电路图；
[0030](g)t6?t。阶段等效电路图。
【具体实施方式】
[0031]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0032]如图1所示，本发明的电路包括2个带有反并联二极管的IGBT主开关管S1、辅助开关管S2，2个谐振电感I个谐振电容C；，I个直流侧输入电感L，I个二极管D，I个输出电容C。和与之并联的输出侧负载；所述主开关管S 1、第一谐振电感lh、直流侧输入电感L和直流侧电压源V#串联，而辅助开关管S 2、第二谐振电感Lm谐振电容(；相串联形成的支路与主开关管S1、第一谐振电感L形成的支路相并联，二极管D的阳极与第二谐振电感1^2的一端相连接，二极管D的阴极与输出端的输出稳压电容C。相连，该输出电容与输出负载并联；所述主开关管S1和辅助开关管S2都工作在高频状态；辅助开关管32用于实现主开关的零电流关断，辅助开关S2在主开关管关断前开通。
[0033]本发明将从以下几个方面着手改进，具体内容包括:
[0034](I)在拓扑结构参数设置上，原来的输入侧电感L = 5.7e_4H会造成主开关管和辅