光伏逆變器的DC-DC直流升壓電路設(shè)計(jì)案例1.1升壓電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇DC-DC變換電路，也叫DC-DC變換器，即直流-直流變換電路，它是一類將一種電壓等級(jí)的直流電變換為另一種具有不同電壓等級(jí)的直流電的電力電子電路。它的基本工作原理是：為了得到想要的等效波形，可以控制電力電子器件的通斷來(lái)達(dá)到斬波的目的，把直流電斬成一個(gè)接一個(gè)的脈沖電，可以通過(guò)控制占空比的大小來(lái)改變這些脈沖的寬度，最終達(dá)到對(duì)輸出電壓平均值的控制，然后經(jīng)過(guò)濾波器，就可以在負(fù)載的兩端得到穩(wěn)定的直流電壓和電流。根據(jù)以往在電力電子中的所學(xué)，可以升壓的電路多種多樣，主要有以下三種：升壓變換器（BoostChopper）,升降壓變換器（BUCK-BoostChopper）,丘克變換器（CukChopper）。升壓變換器在一定的條件下是優(yōu)于升級(jí)壓變換器和丘克變換器的，因?yàn)樵谝欢ǖ臈l件下，和升降壓變換器相比，升壓變換器不存在電流斷續(xù)問(wèn)題，所以它能夠減少能量損失，比較節(jié)能；和丘克變換器相比，是不需要中間電容儲(chǔ)能，可以較好的控制能量傳遞，同時(shí)，它還有不易產(chǎn)生較大紋波的優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，此次設(shè)計(jì)選用Boost升壓變換器作為DC-DC升壓電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如下圖1.2所示：圖1.2Boost斬波電路1.2工作狀態(tài)的選取Boost升壓變換器有兩種工作狀態(tài)，分別是電流連續(xù)工作狀態(tài)和電流斷續(xù)工作狀態(tài)。在一個(gè)周期結(jié)束時(shí)，電感上的電流減少到0，此時(shí)剛好是兩種工作狀態(tài)的臨界狀態(tài)。電流連續(xù)工作狀態(tài)可以理解為：在一個(gè)工作周期結(jié)束后，電感L上的電流沒(méi)有減小到零時(shí)，此時(shí)Boost電路工作在電流連續(xù)狀態(tài)。當(dāng)電感L的值比較大，電感電流i1連續(xù)并且比較平直的情況下，相關(guān)的波形如圖1.3所示：電流斷續(xù)工作狀態(tài)：在一個(gè)周期結(jié)束后，電感L的電流已經(jīng)減小到零時(shí)，此時(shí)Boost電路工作在電流斷續(xù)狀態(tài)。為了更直觀的反應(yīng)電流斷續(xù)狀態(tài)下各個(gè)物理量的變化情況，將電流斷續(xù)狀態(tài)下相關(guān)的波形畫(huà)出來(lái)，如圖1.4所示：對(duì)于此次設(shè)計(jì)的具有直流升壓功能的光伏并網(wǎng)逆變器，光伏陣列的作用時(shí)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，當(dāng)我們采用電流斷續(xù)工作狀態(tài)時(shí)，電感電流降為零時(shí)，會(huì)把光伏陣列輸出的功率浪費(fèi)掉，直接大大降低了光伏陣列的能量轉(zhuǎn)化效率，也是對(duì)硬件的一種浪費(fèi)。不僅如此，當(dāng)工作在電流斷續(xù)狀態(tài)時(shí)，電感電流紋波會(huì)增大，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的干擾隨之也會(huì)增大，直接影響系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。綜上所述，考慮到系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，所以采用電流連續(xù)工作狀態(tài)。圖1.3連續(xù)工作模式波形圖1.4斷續(xù)工作模式波形1.3工作原理在進(jìn)行原理的闡述之前，首先假設(shè)該電路中電感L和點(diǎn)燃C的值都很大，因?yàn)樵谶@種情況下，當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感中流過(guò)的電路iL和Boost變換器輸出的電壓U0基本保持恒定。當(dāng)IGBT導(dǎo)通時(shí)，等效電路的結(jié)構(gòu)如圖1.5所示，電路的工作狀態(tài)為：此時(shí)電源Ud向電感L充電，此時(shí)的電感開(kāi)始儲(chǔ)能，處于儲(chǔ)能的狀態(tài)，電壓之間存在Ud=UL的關(guān)系式,充電電流基本恒定為i1,電容C向負(fù)載供電，維持輸出的電壓U0的穩(wěn)定。圖1.5IGBT導(dǎo)通時(shí)等效電路當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，等效電路圖如圖1.6所示。由電感的特性可知，電感的電流是不能突變的，這時(shí)電路工作的狀態(tài)為：電感將通過(guò)二極管VD向電容C和負(fù)載供電，電感上儲(chǔ)存的能量釋放到電容C上和負(fù)載上，電容C處于充電的狀態(tài)。此時(shí)電感兩端的電壓UL和IGBT導(dǎo)通時(shí)的UL方向剛好相反，在這種情況下負(fù)載兩端的電壓U0等于電感器兩端的電壓UL和輸入電壓Ud之和，所以輸出電壓U0就大于了輸入電壓Ud，實(shí)現(xiàn)了升壓的過(guò)程。簡(jiǎn)單的描述升壓過(guò)程的原理就是：Boost電路的本質(zhì)就是電感的能量傳遞的過(guò)程。當(dāng)電感充電時(shí)，電感吸收能量，電容向負(fù)載供電，當(dāng)電感放電時(shí)，電感放出能量，實(shí)現(xiàn)升壓。圖1.6IGBT關(guān)斷時(shí)等效電路設(shè)IGBT的一個(gè)周期為T(mén)，IGBT斷開(kāi)的時(shí)間為toff,開(kāi)通的時(shí)間為ton，那么在一個(gè)周期的時(shí)間里電感L釋放的能量可以表達(dá)為（U0-Ud）I1toff。當(dāng)電路工作在穩(wěn)態(tài)的情況下，根據(jù)能量守恒定律可知，在一個(gè)周期中，電感L積蓄的能量等于釋放的能量，所以得表達(dá)式： （2-1）對(duì)公式2-1來(lái)做一下簡(jiǎn)單的變換，我們可得 （2-2）由于占空比D是高電平的時(shí)間與整個(gè)周期的時(shí)間的比例，所以可以表達(dá)為1-D，將式（2-2）再經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)變換就可以得到輸出電壓U0的表達(dá)式 （2-3）從表達(dá)式2-3可知，輸出電壓始終大于輸入電壓，即實(shí)現(xiàn)了升壓的功能。但是需要注意的是，由于作為分母，它的值是不能為零的，也就是說(shuō)