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的直流電變換為另一種具有不同電壓等級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，可以通過控制占空比的大小來改變這些脈沖的寬度，最終達(dá)到對輸出電壓平均值的控制，然后經(jīng)過濾波器，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)的波形畫出來，如圖1.4所示：對于此次設(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)，電感電流紋波會增大，對整個(gè)系統(tǒng)的干擾隨之也會增大，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)的電感開始儲能，處于儲能的狀態(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：電感將通過二極管VD向電容C和負(fù)載供電，電感上儲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)了升壓的過程。簡單的描述升壓過程的原理就是：Boost電路的本質(zhì)就是電感的能量傳遞的過程。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，IGBT斷開的時(shí)間為toff,開通的時(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）對公式2-1來做一下簡單的變換，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