三電平拓?fù)?—為什么要用三電平拓?fù)洌?/h1>
近年來,隨著光伏逆變器以及儲(chǔ)能行業(yè)的熱度持續(xù)高漲,人們對(duì)高效太陽能逆變器、PCS等功率變換的需求越來越大,但低成本、高效率的解決方案是所有廠家永恒的追求。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),不僅逆變器,連DCDC級(jí)的拓?fù)洌ɡ鏜PPT電路)都必須是低成本和高效的。在傳統(tǒng)的DCDC變換電路中,隔離拓?fù)浯蠹彝ǔ_x用LLC、移相全橋等實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)降低損耗,提升效率,而非隔離直流變換拓?fù)浯蟛糠侄疾捎脗鹘y(tǒng)的兩電平Buck或Boost拓?fù)洌蛘卟捎枚嘞嘟诲e(cuò)減小電流紋波,或者采用DCM模式實(shí)現(xiàn)部分開關(guān)管的軟開關(guān)提升效率,但是效果終究是有瓶頸的。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202410/464093.htm
最近幾年,越來越多的光伏產(chǎn)品開始選擇使用三電平直流變換拓?fù)洌?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/三電平拓?fù)?>三電平拓?fù)?/em>是什么?相比于兩電平來說到底有哪些優(yōu)勢(shì)?在查閱眾多資料后,小編嘗試分期給大家進(jìn)行介紹。
兩電平和三電平的升壓變換器通常用于光伏逆變器。相比于兩電平的方案,
1.什么是三電平拓?fù)洌?/h1>
想要明白三電平拓?fù)?,那還得從大家熟知的兩電平拓?fù)湔f起,在之前的文章中【Monster學(xué)電子】開關(guān)電源必會(huì)拓?fù)?Boost,我們?cè)?jīng)介紹過兩電平Boost拓?fù)涞幕竟ぷ髟砗完P(guān)鍵器件參數(shù)的分析。在工作過程中,不論是Boost電路的下管還是上管,在開關(guān)管閉合時(shí),電壓應(yīng)力都接近于0V,在斷開時(shí),電壓應(yīng)力都接近于輸出電壓Vout,開關(guān)管源極和漏極的電壓只有兩種電壓模式,即0V和Vout,這就是為什么把傳統(tǒng)的DCDC拓?fù)浞Q為兩電平的原因。
常見的三電平的拓?fù)溆腥N,分別是二極管鉗位型、飛跨電容型、對(duì)稱式三電平拓?fù)?。本篇文章以飛跨電容型三電平拓?fù)洌ㄈ鐖D1)為例進(jìn)行分析。所謂飛跨電容,即指跨接在D1、D2中點(diǎn)和T1、T2中點(diǎn)之間的電容CFC。飛跨電容升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過飛跨電容(CFC)產(chǎn)生第三電壓電平,充電至輸出電壓的一半。
圖1 飛跨電容型三電平拓?fù)?/span>
三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括附加的第三電壓電平。第三電壓電平將升壓電感、開關(guān)管和二極管兩端的電壓降低到兩電平拓?fù)涞囊话搿I龎弘姼袃啥说妮^小電壓具有的優(yōu)點(diǎn)是,對(duì)于同樣要求的紋波電流,所需的電感僅為兩電平時(shí)所需電感的一半。因此減少了整個(gè)電感的體積、重量和成本。
2. 飛跨電容升壓拓?fù)湓敿?xì)分析
在飛跨電容升壓變換器中,換向回路包括電容器。從換向的角度來看,電容器可以被認(rèn)為是零阻抗。它在換向回路中的主要作用是使兩個(gè)外部半導(dǎo)體相互抵消。有了這個(gè)偏移,三電平飛跨電容升壓變換器可以被視為兩個(gè)獨(dú)立的升壓變換器,其中外部的換向回路包括直流母線電容、外部二極管、飛跨電容器和外部開關(guān)。內(nèi)部換向回路包括飛跨電容器、內(nèi)部二極管和內(nèi)部開關(guān)。兩個(gè)換向回路如圖2所示。
圖2 換向回路
一般來說,電壓電平的數(shù)量理論上是無限的,但在實(shí)際中使用了三個(gè)、四個(gè)或五個(gè)電平。n電平解決方案中的附加電平可以通過在三電平轉(zhuǎn)換器中添加額外的外部換相環(huán)路來實(shí)現(xiàn)。每個(gè)增加的升壓變換器的換向回路將類似于圖2上的綠色回路。電壓電平的數(shù)量可以計(jì)算如下:
a 是換向回路的個(gè)數(shù),飛跨電容的電壓可以用下式計(jì)算:
b 是給定的換向單元的數(shù)量,第一個(gè)回路通常指最外層的回路。
在三電平飛跨電容升壓變換器的工作中,有四種不同的模式。在正常運(yùn)行過程中,飛跨電容的電壓是輸出電壓的一半,并且電感電流是連續(xù)的。
在第一種模式中,兩個(gè)開關(guān)管(T1、T2)都斷開,電流通過兩個(gè)二極管,工作于續(xù)流模式。在這種模式下,飛跨電容的電壓不變,電感電流減小,輸出電壓增大。
在第二種模式中,外側(cè)開關(guān)管(T2)導(dǎo)通,電流對(duì)飛跨電容充電,其電壓升高。
在第三種模式中,內(nèi)側(cè)開關(guān)管(T1)導(dǎo)通(T2)斷開,電流通過飛跨電容向母線放電,飛跨電壓降低,輸出電壓增加。
在第四種模式中,兩個(gè)開關(guān)管都導(dǎo)通。飛跨電容的電壓將保持不變,電感電流增加。
在連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)下,占空比(D)的計(jì)算方法和普通的兩電平Boost拓?fù)湟恢薄?杀硎緸椋?/span>
飛跨電容拓?fù)渲械膬蓚€(gè)半導(dǎo)體開關(guān)管T1和T2在相位相差180°下進(jìn)行控制,但導(dǎo)通時(shí)間(占空比)相同。在D<0.5時(shí),T1 和 T2 永遠(yuǎn)不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通,即不會(huì)工作在模式4。當(dāng)占空比D>0.5時(shí),開關(guān)管T1和T2不存在同時(shí)關(guān)斷的工作模式1,所以工作的模式取決于占空比的大小。
如果 < 0.5,在這種情況下,不存在模式4,運(yùn)行如下:
…→模式1→模式2→模式1→模式3→…
如果 > 0.5,運(yùn)行將是:
…→模式4→模式2→模式4→模式3→…
如果 = 0.5:
…→模式2→模式3→模式2→模式3→…
最常用的模式是當(dāng)<0.5
時(shí)間緊張,梳理不易,后續(xù)有機(jī)會(huì)將給大家繼續(xù)深入介紹三電平拓?fù)涞南嚓P(guān)知識(shí)。
近年來,隨著光伏逆變器以及儲(chǔ)能行業(yè)的熱度持續(xù)高漲,人們對(duì)高效太陽能逆變器、PCS等功率變換的需求越來越大,但低成本、高效率的解決方案是所有廠家永恒的追求。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),不僅逆變器,連DCDC級(jí)的拓?fù)洌ɡ鏜PPT電路)都必須是低成本和高效的。在傳統(tǒng)的DCDC變換電路中,隔離拓?fù)浯蠹彝ǔ_x用LLC、移相全橋等實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)降低損耗,提升效率,而非隔離直流變換拓?fù)浯蟛糠侄疾捎脗鹘y(tǒng)的兩電平Buck或Boost拓?fù)洌蛘卟捎枚嘞嘟诲e(cuò)減小電流紋波,或者采用DCM模式實(shí)現(xiàn)部分開關(guān)管的軟開關(guān)提升效率,但是效果終究是有瓶頸的。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202410/464093.htm最近幾年,越來越多的光伏產(chǎn)品開始選擇使用三電平直流變換拓?fù)洌?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/三電平拓?fù)?>三電平拓?fù)?/em>是什么?相比于兩電平來說到底有哪些優(yōu)勢(shì)?在查閱眾多資料后,小編嘗試分期給大家進(jìn)行介紹。
兩電平和三電平的升壓變換器通常用于光伏逆變器。相比于兩電平的方案,
1.什么是三電平拓?fù)洌?/h1>
想要明白三電平拓?fù)?,那還得從大家熟知的兩電平拓?fù)湔f起,在之前的文章中【Monster學(xué)電子】開關(guān)電源必會(huì)拓?fù)?Boost,我們?cè)?jīng)介紹過兩電平Boost拓?fù)涞幕竟ぷ髟砗完P(guān)鍵器件參數(shù)的分析。在工作過程中,不論是Boost電路的下管還是上管,在開關(guān)管閉合時(shí),電壓應(yīng)力都接近于0V,在斷開時(shí),電壓應(yīng)力都接近于輸出電壓Vout,開關(guān)管源極和漏極的電壓只有兩種電壓模式,即0V和Vout,這就是為什么把傳統(tǒng)的DCDC拓?fù)浞Q為兩電平的原因。
常見的三電平的拓?fù)溆腥N,分別是二極管鉗位型、飛跨電容型、對(duì)稱式三電平拓?fù)?。本篇文章以飛跨電容型三電平拓?fù)洌ㄈ鐖D1)為例進(jìn)行分析。所謂飛跨電容,即指跨接在D1、D2中點(diǎn)和T1、T2中點(diǎn)之間的電容CFC。飛跨電容升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過飛跨電容(CFC)產(chǎn)生第三電壓電平,充電至輸出電壓的一半。
圖1 飛跨電容型三電平拓?fù)?/span>
三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括附加的第三電壓電平。第三電壓電平將升壓電感、開關(guān)管和二極管兩端的電壓降低到兩電平拓?fù)涞囊话搿I龎弘姼袃啥说妮^小電壓具有的優(yōu)點(diǎn)是,對(duì)于同樣要求的紋波電流,所需的電感僅為兩電平時(shí)所需電感的一半。因此減少了整個(gè)電感的體積、重量和成本。
2. 飛跨電容升壓拓?fù)湓敿?xì)分析
在飛跨電容升壓變換器中,換向回路包括電容器。從換向的角度來看,電容器可以被認(rèn)為是零阻抗。它在換向回路中的主要作用是使兩個(gè)外部半導(dǎo)體相互抵消。有了這個(gè)偏移,三電平飛跨電容升壓變換器可以被視為兩個(gè)獨(dú)立的升壓變換器,其中外部的換向回路包括直流母線電容、外部二極管、飛跨電容器和外部開關(guān)。內(nèi)部換向回路包括飛跨電容器、內(nèi)部二極管和內(nèi)部開關(guān)。兩個(gè)換向回路如圖2所示。
圖2 換向回路
一般來說,電壓電平的數(shù)量理論上是無限的,但在實(shí)際中使用了三個(gè)、四個(gè)或五個(gè)電平。n電平解決方案中的附加電平可以通過在三電平轉(zhuǎn)換器中添加額外的外部換相環(huán)路來實(shí)現(xiàn)。每個(gè)增加的升壓變換器的換向回路將類似于圖2上的綠色回路。電壓電平的數(shù)量可以計(jì)算如下:
a 是換向回路的個(gè)數(shù),飛跨電容的電壓可以用下式計(jì)算:
b 是給定的換向單元的數(shù)量,第一個(gè)回路通常指最外層的回路。
在三電平飛跨電容升壓變換器的工作中,有四種不同的模式。在正常運(yùn)行過程中,飛跨電容的電壓是輸出電壓的一半,并且電感電流是連續(xù)的。
在第一種模式中,兩個(gè)開關(guān)管(T1、T2)都斷開,電流通過兩個(gè)二極管,工作于續(xù)流模式。在這種模式下,飛跨電容的電壓不變,電感電流減小,輸出電壓增大。
在第二種模式中,外側(cè)開關(guān)管(T2)導(dǎo)通,電流對(duì)飛跨電容充電,其電壓升高。
在第三種模式中,內(nèi)側(cè)開關(guān)管(T1)導(dǎo)通(T2)斷開,電流通過飛跨電容向母線放電,飛跨電壓降低,輸出電壓增加。
在第四種模式中,兩個(gè)開關(guān)管都導(dǎo)通。飛跨電容的電壓將保持不變,電感電流增加。
在連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)下,占空比(D)的計(jì)算方法和普通的兩電平Boost拓?fù)湟恢薄?杀硎緸椋?/span>
飛跨電容拓?fù)渲械膬蓚€(gè)半導(dǎo)體開關(guān)管T1和T2在相位相差180°下進(jìn)行控制,但導(dǎo)通時(shí)間(占空比)相同。在D<0.5時(shí),T1 和 T2 永遠(yuǎn)不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通,即不會(huì)工作在模式4。當(dāng)占空比D>0.5時(shí),開關(guān)管T1和T2不存在同時(shí)關(guān)斷的工作模式1,所以工作的模式取決于占空比的大小。
如果 < 0.5,在這種情況下,不存在模式4,運(yùn)行如下:
…→模式1→模式2→模式1→模式3→…
如果 > 0.5,運(yùn)行將是:
…→模式4→模式2→模式4→模式3→…
如果 = 0.5:
…→模式2→模式3→模式2→模式3→…
最常用的模式是當(dāng)<0.5
時(shí)間緊張,梳理不易,后續(xù)有機(jī)會(huì)將給大家繼續(xù)深入介紹三電平拓?fù)涞南嚓P(guān)知識(shí)。
評(píng)論