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激勵與疊加的單管高增益直流電壓提升電路。
背景技術(shù)：
：隨著經(jīng)濟與社會的發(fā)展，能源需求緊張加劇，化石能源的負面影響突出，風能與太陽能等新能源發(fā)電系統(tǒng)正蓬勃發(fā)展，并逐步獲得推廣應(yīng)用。但在實際應(yīng)用中，風速、光照、氣候等隨機因素的影響，制約了新能源發(fā)電系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。如何讓風能、太陽能發(fā)電裝置在風力、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，為在光照變化時充分有效地使用光能，給后續(xù)負載提供穩(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，同時實施最大功率跟蹤(MPPT)控制。同樣，直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓隨風速變化，在實施逆變前，必須使逆變器輸入直流電壓控制在適當范圍內(nèi)，考慮到發(fā)電系統(tǒng)在任意風況下希望其輸出最大功率，也需要實施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，在實際運行過程中，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激勵與疊加的單管高增益直流電壓提升電路，由單個開關(guān)管控制升壓電感元件及并行輔助電感元件的充電、并行輔助電感元件對輔助電容充電形成附加電勢，升壓電感元件被電源電壓及附加電勢共同激勵，升壓電感元件的泵升電壓、電源電壓、附加電勢共同向負載供電，從而實施直流電壓的提升變換控制，獲得比單級升壓斬波變換電路高得多的輸出電壓增益，電路結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，效率高。技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：有附加電勢激勵與疊加的單管高增益直流電壓提升電路，包括電源E，所述的電源E的正端與升壓電感L1及第二二極管D2陽極分別相連，電源E的負端與開關(guān)管T發(fā)射極、輸出負載電容Co負極、負載阻抗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的高電位端與輔助電感L2的另一端、開關(guān)管T集電極、第一二極管D1的陽極分別相連；所述的第一二極管D1的陰極與輸出負載電容Co正極、負載阻抗R高電位端分別相連。設(shè)定開關(guān)管工作周期為Ts，工作周期內(nèi)的開關(guān)管導通時間為ton，則占空比為則：輔助電容C1兩端的電壓：輸出負載電容Co兩端的電壓：當變換電路需要轉(zhuǎn)換最大功率為PMax，變換器輸入電流最大值：IMax＝PMax/E，則：電流定額：IL1e＝IL2e＝(1.1:1.2)IMax；電感電流脈動控制在最大值的10％，f為開關(guān)管控制頻率，則：電感參數(shù)：所述的開關(guān)管T電流定額按照電感電流最大值的1.2-1.5倍選擇，開關(guān)管T額定電壓取為其實際承受電壓的1.5-2.0倍，則：關(guān)管T電流定額：ITe＝(1.2:1.5)IMax；開關(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的電流定額按照電感電流最大值的1.2-1.5倍選擇，電壓定額按照其實際所承受的電壓1.5-2.0倍選擇，則：電流定額：ID1e＝ID2e＝ID3e＝(1.2:1.5)IMax；電壓定額：所述的輔助電容C1、輸出負載電容Co的額定電壓按照其實際承受電壓的1.5-2.0倍，則：輔助電容C1額定電壓：輸出負載電容Co額定電壓：電路輸出電壓的脈動范圍控制在穩(wěn)定值的10％以內(nèi)，R為變換器輸出負載等效電阻，則：輸出負載電容：輔助電容：有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有附加電勢激勵與疊加的單管高增益直流電壓提升電路，由單個開關(guān)管控制升壓電感元件被電源和輔助電勢充電、并行輔助電感元件充電的狀態(tài)，通過電路主開關(guān)管開通過程中附加電勢對升壓電感元件的疊加激勵、主開關(guān)管關(guān)斷過程中升壓電感的泵升電壓、電源電壓、附加電勢共同向負載放電，獲得高增益的直流電壓升壓變換；主開關(guān)管開通時，升壓電感元件被電源電壓和被并行輔助電感元件給輔助電容充電形成的的附加電勢疊加激勵，升壓電感元件獲得更多電能；主開關(guān)管關(guān)斷時，電源電壓、升壓電感的泵升電壓、附加電勢共同向負載供電，從而將輸入直流電壓高增益提升；同時，本發(fā)明電路控制模態(tài)簡單，電路傳遞功率的效率高，適用于光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏電池輸出電壓的提升控制。附圖說明圖1是有附加電勢激勵與疊加的單管高增益直流電壓提升電路；圖2是開關(guān)管開通時電路工作情況；圖3是開關(guān)管關(guān)斷時電路工作情況；圖4本申請的變換器與Boost變換器升壓倍數(shù)比較圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施實例對本發(fā)明做進一步的說明。應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(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)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。有附加電勢激勵與疊加的單管高增益直流電壓提升電路，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、開關(guān)管T、輸出負載電容Co、輔助電容C1、負載阻抗R。電源E的正端與升壓電感L1及第二二極管D2陽極分別相連，電源E的負端與開關(guān)管T發(fā)射極、輸出負載電容Co負極、負載阻抗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的高電位端與輔助電感L2的另一端、開關(guān)管T集電極、第一二極管D1的陽極分別相連；第一二極管D1的陰極與輸出負載電容Co正極、負載阻抗R高電位端分別相連。假定開關(guān)管工作周期為Ts，工作周期內(nèi)的開關(guān)管導通時間為ton，則占空比為電路工作情況按照開關(guān)管的開通、關(guān)斷分成兩種工作狀態(tài)。假定電路中電感、電容元件足夠大，電容電壓在開關(guān)過程中基本上保持不變，電感電流連續(xù)。為方便起見，僅分析電路進入穩(wěn)定狀態(tài)下的工作情況。隨著開關(guān)管T的開通、關(guān)斷，在輔助電容C1上形成右“+”左“-”的電勢，在變換電路工作過程中，該電勢不僅和電源電動勢一道對變換電路的升壓電感予以激勵，變相地提升激勵電源的電壓等級，而且，該電勢還和電感電勢一道向負載傳輸電能，將其視為附加電勢。(1)當開關(guān)管T開通時，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”，為本電路的附加電勢。觀察電路，開關(guān)管開通時，升壓電感L1的電流i1流通路徑為：電源正端“+”→L1→C1→T→電源負端“-”，電源電勢和附加電勢共同給升壓電感激勵，根據(jù)基爾霍夫電壓定律有方程：在電源電壓及輔助電勢作用下，升壓電感L1電流i1逐步增加，升壓電感L1上的自感應(yīng)電動勢極性為左“正”右“負”。輔助電感L2的電流i2流通路徑為：電源正端“+”→D2→L2→T→電源負端“-”根據(jù)基爾霍夫電壓定律有方程：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)電動勢極性為左“正”右“負”。此時，第一二極管D1截止，輸出端電壓由輸出負載電容Co放電保持。(2)當開關(guān)管T關(guān)斷時，電路工作情況如圖3所示。開關(guān)管T關(guān)斷后，升壓電感L1的電流i1流通路徑為：電源正端“+”→L1→C1→D1→負載→電源負端“-”，根據(jù)基爾霍夫電壓定律有方程：此時，電源電壓、輔助電勢和升壓電感L1的自感應(yīng)電動勢共同給負載供電，電感電流i1下降，升壓電感L1的自感應(yīng)電動勢極性為右“正”左“負”。輔助電感L2的電流i2流通路徑為：D3陰極→L2→C1→D3陽極，根據(jù)基爾霍夫電壓定律有方程：輔助電感L2向輔助電容C1放電，形成附加電勢，電流i2減小，輔助電感L2上的自感應(yīng)電動勢極性為右“正”左“負”。從公式(1)-(4)可得：輔助電容C1兩端的電壓：輸出負載電容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)1.01.21.62.02.84.06.311.125.0100.0同樣可見，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)在變換電路工作過程中，變換器中電感元件的L值越大，輸入電流越穩(wěn)定，但元件的體積會增大，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)適當留有一定的余量進行給定。IL1e＝IL2e＝(1.1:1.2)IMax；考慮電感電流脈動控制在最大值的10％，可得電感參數(shù)，其中，f為開關(guān)管控制頻率。(2)開關(guān)管T由于開關(guān)管T在開通時流過電感電流，開關(guān)管T電流定額按照電感電流最大值的1.2-1.5倍選擇。當開關(guān)管T關(guān)斷時，開關(guān)管T所承受電壓理論上達到電源電壓的倍，因此，開關(guān)管T額定電壓取為其實際承受電壓的1.5-2.0倍，則：關(guān)管T電流定額：ITe＝(1.2:1.5)IMax；開關(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變換電路中的第二二極管D2在開關(guān)管T開通過程中流過電感電流，第一二極管D1、第三二極管D3在開關(guān)管T關(guān)斷過程中流過電感電流，因此，第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3的電流定額按照電感電流最大值的1.2-1.5倍選擇。電壓定額按照其實際所承受的電壓1.5-2.0倍選擇，則：電流定額：ID1e＝ID2e＝ID3e＝(1.2:1.5)IMax；電壓定額：(4)輔助電容C1、輸出負載電容Co變換電路中，輔助電容C1、輸出負載電容Co越大，電路電壓的保持能力越強，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：輸出負載電容Co額定電壓：若電路輸出電壓的脈動范圍控制在穩(wěn)定值的10％以內(nèi)，變換器輸出負載電容、輔助電容按照下式選取。R為變換器輸出負載等效電阻，Ts為開關(guān)管控制周期，f為開關(guān)管控制頻率。輸出負載電容：輔助電容：當前第1頁1 2 3