本發(fā)明屬于電力變換電路
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及有附加電勢(shì)疊加輸出的單管高增益直流電壓提升變換電路。
背景技術(shù)：
：隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，能源需求緊張加劇，化石能源的負(fù)面影響突出，風(fēng)能與太陽(yáng)能等新能源發(fā)電系統(tǒng)正蓬勃發(fā)展，并逐步獲得推廣應(yīng)用。但在實(shí)際應(yīng)用中，風(fēng)速、光照、氣候等隨機(jī)因素的影響，制約了新能源發(fā)電系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。如何讓風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電裝置在風(fēng)力、光照、氣候等環(huán)境條件變化情況下產(chǎn)生穩(wěn)定的電能，是新能源發(fā)電系統(tǒng)必須考慮的因素。在光伏發(fā)電中，為在光照變化時(shí)充分有效地使用光能，給后續(xù)負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電壓，需要配置直流升壓變換電路，將光電池輸出電壓調(diào)整到合適的電壓范圍，同時(shí)實(shí)施最大功率跟蹤(MPPT)控制。同樣，直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓隨風(fēng)速變化，在實(shí)施逆變前，必須使逆變器輸入直流電壓控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，考慮到發(fā)電系統(tǒng)在任意風(fēng)況下希望其輸出最大功率，也需要實(shí)施MPPT控制。因此，在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中，升壓變換電路獲得廣泛應(yīng)用。Boost變換電路是直流升壓變換的典型電路，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，其升壓比不大，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，Boost變換電路的應(yīng)用受到限制，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用不利，需要配置高增益的升壓變換電路。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供有附加電勢(shì)疊加輸出的單管高增益直流電壓提升變換電路，實(shí)施直流電壓的提升變換控制，獲得比單級(jí)升壓斬波變換電路高得多的輸出電壓增益，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，效率高。技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：附加電勢(shì)疊加輸出的單管高增益直流電壓提升變換電路，包括電源E，電源E的正端與升壓電感L1的一端及第二二極管D2陽(yáng)極分別相連，電源E的負(fù)端與開(kāi)關(guān)管T發(fā)射極、輸出負(fù)載電容Co負(fù)極、負(fù)載阻抗R低電位端分別相連；所述的第二二極管D2陰極與第三二極管D3的陰極、輔助電感L2的一端分別相連；所述的升壓電感L1的另一端與第三二極管D3的陽(yáng)極、第四二極管D4的陽(yáng)極、輔助電容C1的低電位端分別相連；所述的輔助電容C1的高電位端與第六二極管D6的陰極、第一二極管D1的陽(yáng)極分別相連；所述的輔助電感L2的另一端與第五二極管D5的陽(yáng)極、第六二極管D6的陽(yáng)極分別相連；所述的第五二極管D5的陰極與第四二極管D4的陰極、開(kāi)關(guān)管T集電極分別相連；所述的第一二極管D1的陰極與輸出負(fù)載電容Co正極、負(fù)載阻抗R高電位端分別相連。設(shè)定開(kāi)關(guān)管T工作周期為Ts，工作周期內(nèi)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間為ton，則占空比為輔助電容C1兩端的電壓：輸出負(fù)載電容Co兩端的電壓：設(shè)定變換電路需要轉(zhuǎn)換最大功率為PMax，變換器輸入電流最大值：IMax＝PMax/E，f為開(kāi)關(guān)管控制頻率，IMax為電感電流最大值，則：電感電流額定參數(shù)：IL1e＝IL2e＝(1.1:1.2)IMax；電感參數(shù)：開(kāi)關(guān)管T在開(kāi)通時(shí)流過(guò)電感電流，開(kāi)關(guān)管T電流定額按照電感電流最大值的1.2-1.5倍選擇，開(kāi)關(guān)管T額定電壓取為其實(shí)際承受電壓的1.5-2.0倍，則：開(kāi)關(guān)管T電流定額：ITe＝(1.2:1.5)IMax；開(kāi)關(guān)管T額定電壓：所述的第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第五二極管D5、第六二極管D6的電流定額按照電感電流最大值IMax的1.2-1.5倍選擇；電壓定額按照其實(shí)際所承受的電壓1.5-2.0倍選擇，則：電流定額：ID1e＝ID2e＝ID3e＝ID4e＝ID5e＝ID6e＝(1.2:1.5)IMax；電壓定額：UD3e＝(1.5:2.0)E；所述的輔助電容C1、輸出負(fù)載電容Co的額定電壓按照其實(shí)際承受電壓的1.5-2.0倍選取，則：輔助電容C1額定電壓：輸出負(fù)載電容Co額定電壓：設(shè)定電路輸出電壓的脈動(dòng)范圍控制在穩(wěn)定值的10％以內(nèi)，R為變換器輸出負(fù)載等效電阻，Ts為開(kāi)關(guān)管控制周期，則：輸出負(fù)載電容：輔助電容：有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的附加電勢(shì)疊加輸出的單管高增益直流電壓提升變換電路，由電感元件的泵升電壓與被并行電感充電的輔助電容電壓順極性串聯(lián)給負(fù)載供電，將輸入直流電壓進(jìn)行提升；由單個(gè)開(kāi)關(guān)管控制升壓電感元件及并行電感元件的充電、升壓電感放電與被并行電感充電的電容電壓順極性串聯(lián)放電的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，獲得比單級(jí)升壓斬波變換電路高得多的輸出電壓增益；同時(shí)本發(fā)明的電路控制模態(tài)簡(jiǎn)單，電路傳遞功率的效率高。附圖說(shuō)明圖1是有附加電勢(shì)疊加輸出的單管高增益直流電壓變換電路；圖2是開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)電路工作情況；圖3是開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)電路工作情況；圖4本申請(qǐng)的變換器與Boost變換器升壓倍數(shù)比較圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。附加電勢(shì)疊加輸出的單管高增益直流電壓提升變換電路，包括電源E、升壓電感L1、輔助電感L2、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第五二極管D5、第六二極管D6、開(kāi)關(guān)管T、輸出負(fù)載電容Co、輔助電容C1、負(fù)載阻抗R。電源E的正端與升壓電感L1的一端及第二二極管D2陽(yáng)極分別相連，電源E的負(fù)端與開(kāi)關(guān)管T發(fā)射極、輸出負(fù)載電容Co負(fù)極、負(fù)載阻抗R低電位端分別相連；第二二極管D2陰極與第三二極管D3的陰極、輔助電感L2的一端分別相連；升壓電感L1的另一端與第三二極管D3的陽(yáng)極、第四二極管D4的陽(yáng)極、輔助電容C1的低電位端分別相連；輔助電容C1的高電位端與第六二極管D6的陰極、第一二極管D1的陽(yáng)極分別相連；輔助電感L2的另一端與第五二極管D5的陽(yáng)極、第六二極管D6的陽(yáng)極分別相連；第五二極管D5的陰極與第四二極管D4的陰極、開(kāi)關(guān)管T集電極分別相連；第一二極管D1的陰極與輸出負(fù)載電容Co正極、負(fù)載阻抗R高電位端分別相連。設(shè)定開(kāi)關(guān)管T工作周期為Ts，工作周期內(nèi)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間為ton，則占空比為隨著開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通、關(guān)斷，在輔助電容C1上形成右“+”左“-”的電勢(shì)，在變換電路工作過(guò)程中，該電勢(shì)不參與對(duì)變換電路的升壓電感的激勵(lì)，但在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)和電感升壓電感的自感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一道向負(fù)載傳遞能量，將其視為附加電勢(shì)。(1)當(dāng)開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)，電路工作情況如圖2所示。電路穩(wěn)定工作情況下，輔助電容C1兩端的電壓Uc1為右“正”左“負(fù)”。觀察電路，開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)，升壓電感L1電流i1的流通路徑為：電源“+”→L1→D4→T→電源“-”，根據(jù)基爾霍夫定律有方程：在電源電壓作用下，升壓電感L1電流i1逐步增加，升壓電感L1上的自感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性為左“正”右“負(fù)”。輔助電感L2電流i2的流通路徑為：電源“+”→D2→L2→D5→T→電源“-”，根據(jù)基爾霍夫定律有方程：在電源電壓作用下，輔助電感L2電流i2逐步增加，輔助電感L2上的自感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性為左“正”右“負(fù)”。在此過(guò)程中，第一二極管D1、第三二極管D3、第六二極管D6承受反向電壓而截止，輸出電壓由輸出負(fù)載電容Co放電維持。(2)當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電路工作情況如圖3所示。開(kāi)關(guān)管T關(guān)斷時(shí)，電感電流i1、i2要繼續(xù)流通，升壓電感L1、輔助電感L2上形成的自感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)要維持i1、i2持續(xù)流通，其極性均為右“正”左“負(fù)”。電感電流i1的流通路徑為：電源“+”→L1→C1→D1→負(fù)載→電源“-”端，根據(jù)基爾霍夫定律有方程：此時(shí)，電源電壓、輔助電容C1上的電壓、電感的自感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)共同給負(fù)載供電，電感電流i1下降。電感電流i2的流通路徑為：D3陰極→L2→D6→C1→D3陽(yáng)極，根據(jù)基爾霍夫定律有方程：輔助電感L2向輔助電容傳輸電能，形成附加電勢(shì)，電感電流i2下降。由公式(1)～(4)可得：輔助電容C1兩端的電壓：輸出負(fù)載電容Co兩端的電壓：按照(5)式所確定的關(guān)系，參照Boost變換電路的升壓比在占空比變化情況下兩種電路輸出電壓倍數(shù)如表1。表1本案變換電路與Boost變換電路輸出電壓倍數(shù)占空比0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.9Boost電路輸出倍數(shù)1.01.11.31.41.72.02.53.35.010.0本案變換電路輸出倍數(shù)1.01.21.51.862.333.04.05.79.019.0同樣可見(jiàn)，本發(fā)明的升壓變換電路有較高的升壓比，可以獲得比較高的電壓提升增益。因此，本發(fā)明變換電路獲得較高的電壓提升增益，輸出電壓升壓比較大。圖4為本案變換電路與Boost電路的電壓提升倍數(shù)曲線。變換電路的元件參數(shù)選擇(1)儲(chǔ)能電感：升壓電感L1、輔助電感L2電流定額及電感參數(shù)在變換電路工作過(guò)程中，變換器中電感元件的電感值L越大，輸入電流越穩(wěn)定，但元件的體積會(huì)增大，電路的成本將增加。若變換電路需要轉(zhuǎn)換最大功率為PMax，變換器輸入電流最大值：IMax＝PMax/E，則電感電流額定參數(shù)便以此為基礎(chǔ)適當(dāng)留有一定的余量進(jìn)行給定。f為開(kāi)關(guān)管控制頻率，IMax為電感電流最大值。電感電流額定參數(shù)：IL1e＝IL2e＝(1.1:1.2)IMax；考慮電感電流脈動(dòng)控制在最大值的10％，可得電感參數(shù)。電感參數(shù)：(2)開(kāi)關(guān)管T由于開(kāi)關(guān)管T在開(kāi)通時(shí)流過(guò)電感電流，開(kāi)關(guān)管T電流定額按照電感電流最大值的1.2-1.5倍選擇。當(dāng)開(kāi)關(guān)管T關(guān)斷時(shí)，開(kāi)關(guān)管T所承受電壓理論上達(dá)到電源電壓的倍，因此，開(kāi)關(guān)管T額定電壓取為其實(shí)際承受電壓的1.5-2.0倍。開(kāi)關(guān)管T電流定額：ITe＝(1.2:1.5)IMax；開(kāi)關(guān)管T額定電壓：(3)第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第五二極管D5、第六二極管D6變換電路中的第二二極管D2、第四二極管D4、第五二極管D5在開(kāi)關(guān)管T開(kāi)通過(guò)程中流過(guò)電感電流，第一二極管D1、第三二極管D3、第六二極管D6在開(kāi)關(guān)管T關(guān)斷過(guò)程中流過(guò)電感電流，因此，第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第五二極管D5、第六二極管D6的電流定額按照電感電流最大值IMax的1.2-1.5倍選擇。電壓定額按照其實(shí)際所承受的電壓1.5-2.0倍選擇。電流定額：ID1e＝ID2e＝ID3e＝ID4e＝ID5e＝ID6e＝(1.2:1.5)IMax；電壓定額：UD3e＝(1.5:2.0)E；(4)輔助電容C1、輸出負(fù)載電容Co變換電路中，輔助電容C1、輸出負(fù)載電容Co越大，電路電壓的保持能力越強(qiáng)，但容量大意味著電路的體積增大，成本增加。它們的額定電壓按照其實(shí)際承受電壓的1.5-2.0倍選取。輔助電容C1額定電壓：輸出負(fù)載電容Co額定電壓：若電路輸出電壓的脈動(dòng)范圍控制在穩(wěn)定值的10％以內(nèi)，變換器輸出負(fù)載電容、輔助電容按照下式選取。R為變換器輸出負(fù)載等效電阻，則：輸出負(fù)載電容：輔助電容：當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3