筆記18---飛跨電容BOOST三電平變換器

電源技能成長(zhǎng)記 2024-09-23 08:30 3090 閱讀 2 贊 6 收藏 0 評(píng)論

前言

光伏逆變器經(jīng)過(guò)十多年的快速發(fā)展，功率從幾千瓦到幾百千瓦，電壓也達(dá)到了1500V，甚至也在向2000V邁進(jìn)，模塊常用的還是IGBT技術(shù)。隨著對(duì)功率、體積、效率的追求，SiC模塊也已經(jīng)開(kāi)始商用，鑒于對(duì)成本、可靠性、市場(chǎng)接受程度等方面考慮，目前各大廠商還未將SiC模塊方案商用。據(jù)了解目前已有許多廠商推出了應(yīng)用于光伏的SiC模塊，相信不久的將來(lái)SiC模塊將成為光伏的主流方案。在1500V系統(tǒng)，前級(jí)升壓多采用飛跨Boost方案，上游半導(dǎo)體廠商已經(jīng)將電路做成模塊，多數(shù)正在與各大逆變器廠商合作，開(kāi)發(fā)基于SiC模塊的光伏逆變器，當(dāng)成本與IGBT持平時(shí)，可能IGBT占比就會(huì)逐漸減少。在相同體積條件下，SiC可以做更大的功率，系統(tǒng)電壓進(jìn)一步提升，逆變器的功率密度得以提升，綜合考慮下來(lái)，SiC模塊的優(yōu)勢(shì)還是很多的，目前還未大量使用的原因可能是，各大廠商在研發(fā)或小批量階段或是在觀望，畢竟技術(shù)成熟性、成本控制上不能吸引下游產(chǎn)業(yè)。但技術(shù)在不斷進(jìn)步，這些不足將一一被克服，更先進(jìn)的光伏設(shè)備會(huì)面向廣大客戶。

本貼來(lái)源文獻(xiàn)資料《基于光伏逆變器的飛跨Boost電路參數(shù)設(shè)計(jì)方法研究》

《ONsemi光伏逆變器系統(tǒng)解決方案》

1 概述

光伏逆變器的種類(lèi)可分為集中式、組串式、微型等，其應(yīng)用場(chǎng)景不同，所選有的逆變器類(lèi)型各不相同，其中組串式逆變器應(yīng)用最多，隨著器件的進(jìn)步，逆變器的功率密度在不斷提高，單價(jià)和體積將越做越小，成為了市場(chǎng)主流。隨著對(duì)功率的追求，IGBT模塊的優(yōu)勢(shì)不再明顯，而SiC在當(dāng)下的趨勢(shì)下能提供更高的效率，SiC適用于更高的電壓、簡(jiǎn)化拓?fù)洹p耗更小。SiC高的開(kāi)關(guān)速度、高電壓適用于大功率場(chǎng)合，在減小體積、提高功率密度、提高效率具有更大的優(yōu)勢(shì)。提高母線電壓，在相同電流條件下，輸出功率更大。例如：母線電壓由1100V提升至1500V，可以顯著提高運(yùn)行效率。ON解決方案1500V與1100V逆變器比較見(jiàn)表1。

組串式光伏逆變器前級(jí)BOOST常用的電路有三種，如圖2所示。?

注：表格和電路圖來(lái)源ONsemi公開(kāi)的解決方案。

在大功率組串式光伏逆變器應(yīng)用中，前級(jí)飛跨BOOST升壓電路應(yīng)用最為廣泛，第二節(jié)學(xué)習(xí)飛跨BOOST原理。

2 飛跨BOOST三電平拓?fù)湓?/span>

根據(jù)開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài)，可以將飛跨BOOST電路分為四種工作模態(tài)，如圖3所示。

模態(tài)1：T1、T2管截止，電感電流線性減小，L能量傳向負(fù)載，Cf能量不變；

模態(tài)2：T1、T2管導(dǎo)通，電感電流線性增加，L能量?jī)?chǔ)存能量，Cf能量不變；

模態(tài)3：T1管截止、T2管導(dǎo)通，電感電流線性減小，L能量傳向Cf傳遞，Cf能量增加；

模態(tài)4：T1管導(dǎo)通、T2管截止，電感電流線性減小，L、Cf能量傳向負(fù)載，Cf能量減少。

反向載波的飛跨BOOST電路T1、T2管占空比交錯(cuò)180°導(dǎo)通，根據(jù)占空比大小，分析分為兩種工作狀態(tài)，即：當(dāng)D＜0.5時(shí)，一個(gè)工作周期工作模態(tài)為：模態(tài)3→模態(tài)1→模態(tài)4→模態(tài)1；當(dāng)D≥0.5時(shí)，一個(gè)工作周期工作模態(tài)為：模態(tài)3→模態(tài)2→模態(tài)4→模態(tài)2。

兩個(gè)工作模式的對(duì)比見(jiàn)表2。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

文中研究了飛跨BOOST電路的動(dòng)態(tài)控制策略，分為兩步，一是：通過(guò)輸入電流指令和輸入濾波電感的偏差進(jìn)行增幅，獲得T2脈寬；二是：半母線電壓作為Cf的電壓指令，與檢測(cè)的偏差電壓偏差進(jìn)行增幅，獲得T1、T2的脈寬差，同時(shí)也可獲得T1脈寬。控制策略如圖4。

文中根據(jù)圖4控制策略，搭建了仿真模型，給出了輸入1080V，輸出1300V條件下，飛跨電容Cf紋波控制效果，如圖5所示。

圖5仿真結(jié)果可以看出，飛跨電容電壓控制在655V附近，峰峰值約為16V。仿真結(jié)果證明了參數(shù)設(shè)計(jì)和控制策略的合理性。

該文研究了飛跨BOOST電路參數(shù)的設(shè)計(jì)和控制策略，并通過(guò)仿真驗(yàn)證了參數(shù)和控制策略的有效性，對(duì)想了解飛跨BOOST工作原理的初學(xué)者具有指導(dǎo)意義，便于快速地了解飛跨BOOST的工作原理和參數(shù)計(jì)算方法。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 基于光伏逆變器的飛跨Boost電路參數(shù)設(shè)計(jì)方法研究