專利名稱：光伏并網(wǎng)交錯并聯(lián)反激逆變器的開關管的控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及反激電路高頻頻率控制技術領域，具體來說，本發(fā)明涉及一種光伏并網(wǎng)交錯并聯(lián)反激逆變器的開關管的控制方法。
背景技術：
反激電路是直流-直流轉換器的一個常見的拓撲。準諧振技術是一個廣泛使用的提高效率、提高可靠性、和降低成本的方法。它使主開關管在兩端電壓的波谷開通，有時兩端的電壓可能降到O實現(xiàn)零電壓開通，從而降低開關管的能量損耗。準諧振技術降低了 MOSFET的開關損耗，從而提高可靠性。此外，更軟的開通改善了電源的EMI特性，允許設計人員減少使用濾波器的數(shù)目，因而降低成本。在反激式電源設計中采用準諧振或谷值開關方案有著若干優(yōu)勢。但是，ZVS (準諧振開關)零電壓開通工作的缺點一個是輸出電壓要高于輸入電壓在輸出端的反射電壓Vout >Vin/N，在電網(wǎng)電壓的低相位，當該條件不滿足時，無法完成準諧振開關開通。另外，在低相位，準諧振控制造成開關頻率過高，導致開關損耗上升，降低轉換效率，所以在低相位部分一般不適合采用準諧振控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種光伏并網(wǎng)交錯并聯(lián)反激逆變器的開關管的控制方法，保證輸出電流波形的質(zhì)量，節(jié)約計算資源，提高開關周期的精度；同時盡可能采用準諧振控制方式，提高了逆變器的轉換效率。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種光伏并網(wǎng)交錯并聯(lián)反激逆變器的開關管的控制方法，包括步驟
三區(qū)間
期；
將所述開關管的半個工頻周期內(nèi)的參考電流曲線劃分為第一區(qū)間、第二區(qū)間和第在所述第一區(qū)間內(nèi)，抬高所述參考電流曲線，采用軟件計算所述開關管的開關周
在所述第二區(qū)間內(nèi)，通過軟件計算所述開關管的關斷時間；
在所述第三區(qū)間內(nèi)，采用準諧振電路硬件檢測并結合軟件補償?shù)姆椒?，以達到正好在所述開關管源漏電壓的波谷實現(xiàn)下一次的開通，以決定一個開關周期內(nèi)所述關斷時間的時間長度?？蛇x地，在所述第一區(qū)間內(nèi)，所述開關管的開關周期的計算公式為其中，T為所述開關管的開關周期，Ip為所述反激逆變器的變壓器原邊電感量， ALp為原邊開關峰值電流，Ptj為所述反激逆變器的輸出有效功率，Θ為電網(wǎng)角度?？蛇x地，在所述第二區(qū)間內(nèi)，所述開關管的關斷時間的計算公式為
其中，toff為所述開關管的關斷時間，Λ Is為副邊開關峰值電流，Lp為所述反激逆變器的變壓器原邊電感量，Ls為副邊電感量，Vms為電網(wǎng)電壓有效值，Θ為電網(wǎng)角度，Cs為所述開關管的總輸出電容?？蛇x地，所述開關管的所述開關周期的計算公式和/或所述關斷時間的計算公式中的一個或多個參數(shù)是可優(yōu)化的，以提高輸出電流的質(zhì)量?？蛇x地，在所述第一區(qū)間和所述第二區(qū)間的交界點，所述軟件計算的所述開關周期和所述關斷時間相同?？蛇x地，在所述第二區(qū)間和所述第三區(qū)間的交界點，所述軟件計算的所述關斷時間和所述準諧振電路控制的所述關斷時間相同?？蛇x地，所述第一區(qū)間的長度是一個與所述反激逆變器的輸出有效功率相關的函數(shù)。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明的特別之處為控制反激開關管在半個工頻周期內(nèi)的三種高頻頻率控制模式。在區(qū)間I，很低的相位，靠近過零點附近，開關管高頻開關的周期由軟件計算獲得。開關周期的公式由能量關系推導獲得，參數(shù)可優(yōu)化，以提高輸出電流的質(zhì)量。在區(qū)間II:較低相位，輸出電壓和輸入電壓的關系不滿足準諧振開關(ZVS)工作條件，開關管的關斷時間由軟件計算獲得，從關斷動作開始經(jīng)過關斷時間，開關管開通。關斷時間的公式由準諧振的條件推導獲得，參數(shù)可優(yōu)化，以提高輸出電流的質(zhì)量。在區(qū)間III :高相位輸出電壓和輸入電壓的關系滿足準諧振開關(ZVS)工作條件時，開關管開通動作由準諧振電路控制。另外，在區(qū)間II和II的交界點，軟件計算的關斷時間和周期相同，以避免突變。在區(qū)間II和III的交界，軟件計算的關斷時間和準諧振電路控制的關斷時間相同，以避免突變。


本發(fā)明的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢將通過下面結合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，其中圖I為本發(fā)明一個實施例的太陽能光伏并網(wǎng)交錯并聯(lián)反激逆變器的簡單示意圖；圖2為本發(fā)明一個實施例的太陽能光伏并網(wǎng)交錯并聯(lián)反激逆變器的原邊電流、副邊電流和原邊開關管控制信號的波形示意圖；圖3為本發(fā)明一個實施例的太陽能光伏并網(wǎng)交錯并聯(lián)反激逆變器的開關管的控制方法的流程示意圖；圖4為現(xiàn)有技術和本發(fā)明一個實施例的參考電流的曲線對比示意圖；圖5為本發(fā)明一個實施例的太陽能光伏并網(wǎng)交錯并聯(lián)反激逆變器的開關管的控制方法的波形示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明是關于一種反激式微型并網(wǎng)逆變器開關管的高頻頻率控制的方法。開關管的電流觸發(fā)到電流基準后，通過硬件電路關閉主開關管，以決定一個開關周期內(nèi)開通的時間長度。在高相位時采用準諧振電路控制開通；較低相位由軟件計算關斷時間，控制開通; 更低相位時，由軟件計算整個開關周期。下面結合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下根據(jù)實際應用情況作類似推廣、演繹，因此不應以此具體實施例的內(nèi)容限制本發(fā)明的保護范圍。圖I為本發(fā)明一個實施例的太陽能光伏并網(wǎng)交錯并聯(lián)反激逆變器的簡單示意圖。 如圖I所示，該太陽能光伏并網(wǎng)交錯并聯(lián)反激逆變器300可以包括交錯并聯(lián)反激電路 301、直流檢測模塊302、交流檢測模塊303、基準電流獲取模塊304、準諧振控制電路305、原邊電流采樣模塊306以及驅動電路307，其中驅動電路307又可以包括比較器308、觸發(fā)器 309。在本實施例中，交錯并聯(lián)反激電路301可以包括原邊繞組3011和副邊繞組3012， 原邊繞組3011與太陽能電池板(未圖示，僅以直流源DC表示)相連接，副邊繞組3012與電網(wǎng)311相連接，用于對太陽能電池板產(chǎn)生的直流電作并聯(lián)反激后并網(wǎng)輸出；直流檢測模塊 302可以與太陽能電池板相連接，用于檢測其產(chǎn)生的直流電信號；交流檢測模塊303可以與交錯并聯(lián)反激電路301的副邊繞組3012相連接，用于檢測并網(wǎng)的交流電信號；基準電流獲取模塊304可以分別與直流檢測模塊302和交流檢測模塊303相連接，用于根據(jù)直流電信號和交流電信號獲取各時間點的基準電流；準諧振控制電路305可以與交錯并聯(lián)反激電路 301的原邊繞組3011的開關管Sm相連接，用于采樣開關管Sm的漏源電壓，并比較漏源電壓是否等于準諧振閾值，當開關管Sm的漏源電壓高于準諧振閾值時，準諧振控制電路305輸出為O ;當開關管Sm的漏源電壓下降到等于準諧振閾值時，準諧振控制電路305輸出為I ; 原邊電流采樣模塊306可以與原邊繞組3011相連接，用于采樣原邊繞組3011的電流；以及驅動電路307，用于向原邊繞組3011的開關管Sm產(chǎn)生開啟或者關閉的驅動信號。另外，驅動電路307中的比較器308可以分別與基準電流獲取模塊304和原邊電流采樣模塊306相連接，用于比較原邊電流是否等于基準電流；而觸發(fā)器309可以分別與比較器308、準諧振控制電路305和原邊繞組3011的開關管Sm相連接，用于當原邊電流增加到等于基準電流時，驅動開關管Sm關斷，而當開關管Sm的漏源電壓下降到等于準諧振閾值時，驅動開關管Sm開啟。圖2為本發(fā)明一個實施例的太陽能光伏并網(wǎng)交錯并聯(lián)反激逆變器的原邊電流、副邊電流和原邊開關管控制信號的波形示意圖。當開關管開通時，原邊電流從零開始線性增加，當原邊電流值到達基準電流值IMf時，原邊開關管關閉，原邊電流降為零，副邊電流逐漸線性下降，當副邊電流到達零時，原邊開關管開通。在同一工頻周期里，由于輸入功率的不同，反激工作頻率也不同。由于反激工作頻率不固定，原邊電流的峰值包絡線(即 Iref)與原邊電流的有效值呈非線性關系。由此推出基準電流Iref和輸出電流I。的有效值為非線性關系?；鶞孰娏鱅ref的具體設定過程可以參考本申請人的在先中國專利申請 CN201110186983. 9。圖3為本發(fā)明一個實施例的太陽能光伏并網(wǎng)交錯并聯(lián)反激逆變器的開關管的控制方法的流程示意圖。如圖3所示，該控制方法可以包括
執(zhí)行步驟S301，將開關管的半個工頻周期內(nèi)的參考電流曲線劃分為第一區(qū)間、第二區(qū)間和第三區(qū)間；執(zhí)行步驟S302，在第一區(qū)間內(nèi)，抬高參考電流曲線，采用軟件計算開關管的開關周期；執(zhí)行步驟S303，在第二區(qū)間內(nèi)，通過軟件計算開關管的關斷時間；執(zhí)行步驟S304，在第三區(qū)間內(nèi)，采用準諧振電路硬件檢測并結合軟件補償?shù)姆椒ǎ?以達到正好在開關管源漏電壓的波谷實現(xiàn)下一次的開通，以決定一個開關周期內(nèi)關斷時間的時間長度?？傮w上來說，第一區(qū)間I、第二區(qū)間II和第三區(qū)間III這三個區(qū)間的頻率控制方法如下開關管Sm的開關周期T = ，其中tm為開關管Sm的導通時間(開通時間)，U 為開關管Sm的關斷時間。在這三個區(qū)間內(nèi)，開關管Sm的關斷采用相同的控制方法當開關管Sm導通的電流達到基準電流(也叫參考電流IMf)時關斷。其中，Tm控制方法為開關管 Sm的電流觸發(fā)到電流基準Iref后，通過硬件電路關閉主開關管Sm，以決定一個開關周期T內(nèi)導通時間Tm的時間長度。其中，該基準電流IMf的計算公式為Iref = f ( Θ，P0，V0, Vin)上式中，I,ef為基準電流，Θ為電網(wǎng)角度，P。為反激逆變器300的輸出有效功率，V。 為輸出電壓，Vin為輸入電壓。在這三個區(qū)間內(nèi)，開關管Sm的開通采用不同控制方法，以保證輸出電流波形的質(zhì)量，以及盡可能采用準諧振控制?；氐饺鐖D3所示，該光伏并網(wǎng)交錯并聯(lián)反激逆變器300的開關管Sm的控制方法先將開關管Sm的半個工頻周期內(nèi)的參考電流IMf曲線劃分為第一區(qū)間I、第二區(qū)間II和第三區(qū)間III，下面分三種情況分別對這三個區(qū)間的開關管Sm的控制方法作更詳細的描述。在第一區(qū)間I內(nèi)極低相位，在零點附近區(qū)間首先，在此區(qū)間內(nèi)對現(xiàn)有的連續(xù)平滑的電流基準IMf曲線進行了修正，見圖3。在第一區(qū)間I相比于現(xiàn)有的電流基準Iref曲線做了一定的抬高，第一區(qū)間I的長度是一個與反激逆變器300的輸出有效功率Ptj相關的函數(shù)。如果采用初始的電流基準IMf，則在過零附近電流基準IMf值比較小。由于硬件比較器自身的比較精度問題，在很小的差值內(nèi)，比較器無法識別，會導致實際導通時間Tm小于理論值，進而導致過零點附近電流偏低問題，影響電流波形質(zhì)量。由于提高了電流基準IMf，以及避免過零點附近頻率過高的問題，第一區(qū)間I可以采用軟件計算開關管Sm的整個開關周期T的方法，如圖5A所示?；谀芰筷P系得到以下公式，以保證并網(wǎng)電流為正弦波。計算公式中可以適當?shù)淖鲆恍┳儞Q，以更好地適應實際的應用場合。而且，計算公式中的一個或多個參數(shù)也是可優(yōu)化的(optimizable)，以提高輸出電流的質(zhì)量。開關周期T的計算公式由下式推導
權利要求
1.一種光伏并網(wǎng)交錯并聯(lián)反激逆變器(300)的開關管(Sm)的控制方法，包括步驟 將所述開關管(Sm)的半個工頻周期內(nèi)的參考電流(Iref)曲線劃分為第一區(qū)間(I)、第二區(qū)間(II)和第三區(qū)間(III)；在所述第一區(qū)間⑴內(nèi)，抬高所述參考電流(IMf)曲線，采用軟件計算所述開關管(Sm) 的開關周期⑴；在所述第二區(qū)間(II)內(nèi)，通過軟件計算所述開關管(Sm)的關斷時間(U ；在所述第三區(qū)間(III)內(nèi)，采用準諧振電路硬件檢測并結合軟件補償?shù)姆椒?，以達到正好在所述開關管(Sm)源漏電壓的波谷實現(xiàn)下一次的開通，以決定一個開關周期(T)內(nèi)所述關斷時間(U的時間長度。
2.根據(jù)權利要求I所述的控制方法，其特征在于，在所述第一區(qū)間(I)內(nèi)，所述開關管 (Sm)的開關周期(T)的計算公式為τ _ LpXAI2p 4 Xi50 X sin2 θ其中，T為所述開關管(Sm)的開關周期，Lp為所述反激逆變器(300)的變壓器原邊電感量，Λ Ip為原邊開關峰值電流，Ptj為所述反激逆變器(300)的輸出有效功率，Θ為電網(wǎng)角度。
3.根據(jù)權利要求2所述的控制方法，其特征在于，在所述第二區(qū)間(II)內(nèi)，所述開關管 (Sm)的關斷時間(U的計算公式為Δ/e X Zes咐W On沒其中，為所述開關管(Sm)的關斷時間，AIsS副邊開關峰值電流，Lp為所述反激逆變器(300)的變壓器原邊電感量，LsS副邊電感量，Vnns為電網(wǎng)電壓有效值，Θ為電網(wǎng)角度， Cs為所述開關管(Sm)的總輸出電容。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的控制方法，其特征在于，所述開關管(Sm)的所述開關周期(T)的計算公式和/或所述關斷時間(U的計算公式中的一個或多個參數(shù)是可優(yōu)化的， 以提高輸出電流的質(zhì)量。
5.根據(jù)權利要求4所述的控制方法，其特征在于，在所述第一區(qū)間(I)和所述第二區(qū)間 (II)的交界點，所述軟件計算的所述開關周期⑴和所述關斷時間(U相同。
6.根據(jù)權利要求4所述的控制方法，其特征在于，在所述第二區(qū)間(II)和所述第三區(qū)間(III)的交界點，所述軟件計算的所述關斷時間(U和所述準諧振電路控制的所述關斷時間(U相同。
7.根據(jù)權利要求I或2所述的控制方法，其特征在于，所述第一區(qū)間(I)的長度是一個與所述反激逆變器(300)的輸出有效功率(Ptj)相關的函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光伏并網(wǎng)交錯并聯(lián)反激逆變器的開關管的控制方法，包括步驟將開關管的半個工頻周期內(nèi)的參考電流曲線劃分為第一區(qū)間、第二區(qū)間和第三區(qū)間；在第一區(qū)間內(nèi)，抬高參考電流曲線，采用軟件計算開關管的開關周期；在第二區(qū)間內(nèi)，通過軟件計算開關管的關斷時間；在第三區(qū)間內(nèi)，采用準諧振電路硬件檢測并結合軟件補償?shù)姆椒?，以達到正好在開關管源漏電壓的波谷實現(xiàn)下一次的開通，以決定一個開關周期內(nèi)關斷時間的時間長度。本發(fā)明能夠保證輸出電流波形的質(zhì)量，節(jié)約計算資源，提高開關周期的精度；同時盡可能采用準諧振控制方式，提高了逆變器的轉換效率。
文檔編號H02M7/48GK102594180SQ20121001942
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月21日 優(yōu)先權日2012年1月21日
發(fā)明者張圣, 羅宇浩 申請人:浙江昱能光伏科技集成有限公司