反激變壓器漏感能量吸收回饋電路及其控制方法
2023-06-04 19:38:41 1
反激變壓器漏感能量吸收回饋電路及其控制方法
【專利摘要】一種反激變壓器漏感能量吸收和回饋電路及其控制方法，漏感能量吸收和回饋電路集成在一起，僅由一個鉗位管Sc和一個鉗位電容Cc構成，結構簡單可靠。其控制方法為，鉗位管在反激主管關斷後導通時間Tc，Tc為漏感和鉗位電容諧振周期的一半，遠小於主管的關斷時間。通過鉗位電容和漏感的諧振將鉗位電容吸收到的漏感能量釋放到主功率電路中，有效減小了反激電路主管的關斷電壓尖峰，提高了反激變換器的效率。同時由於鉗位管與主管的非互補導通，鉗位管導通時間遠小與主管關斷時間，因而該吸收和回饋電路不影響主管的開關過程，適用於任何工作模式的反激電路。採用本發明方案的微型光伏併網逆變器，其電路可靠性和效率都得到了極大的提升。
【專利說明】反激變壓器漏感能量吸收回饋電路及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及光伏併網發電領域中反激變壓器漏感能量的吸收和回饋電路及其控 制方法。
【背景技術】
[0002] 微型併網光伏逆變器提升了光伏組件功率失配、陰影等情況下系統的發電效率， 且同時兼具安全、能實現組件級的監控等優勢，在戶用型的光伏併網系統中得到了光伏的 應用。
[0003] 微型併網光伏逆變器一般安裝在組件下方的支架上，或直接安裝在組件的邊框 上，維修及其麻煩，因而需要其具有跟組件一樣的壽命和可靠性。此外由於微逆在戶外運 行，環境溫度最高可達65°C，出於可靠性的考慮，一般都是自然散熱，因而需要微逆具有非 常高的效率才能在65°C的環境下可靠運行。
[0004] 反激變換器由於結構簡單，工作可靠，且輸入、輸出電氣隔離。在目前的微型光伏 併網逆變器中得到了廣泛的應用。尤其是臨界斷續工作模式的反激變換器，由於能夠實現 開關管的ZVS軟開關，更是得到了各個微型逆變器生產廠商的青睞。
[0005] 目前業界採用臨界斷續工作模式反激電路的微型光伏併網逆變器效率一般能 做到95%，比傳統的組串式逆變器的效率要低1-2個百分點。目前反激方案效率難W 提升的一大原因是反激變壓器漏感的損耗大，反激變壓器的漏感一般會佔到勵磁電感的 1 %-2%，漏感的能量如果不做任何處理，就會W熱的形式耗散掉，且會在反激主開關管上 產生很高的關斷電壓尖峰，增加了開關管的電壓應力，嚴重影響了微型逆變器的可靠運行。
[0006] 所W，反激變壓器的漏感能量吸收和回饋電路是及其必要的，它將漏感能量吸收 並釋放到主功率電路中，消除了反激主開關管的關斷電壓尖峰，因而能有效的提升目前微 型光伏併網逆變器的效率及其可靠性。目前現有的方案有無源RCD吸收耗散方案、無源LCD 吸收回饋方案、傳統有源錯位方案、無源錯位+有源吸收方案等。其中無源RCD吸收耗散方 案，只能吸收將吸收到的漏感能量耗散掉，減小主開關管的電壓應力，不能回饋漏感能量， 無法提升效率；有源LCD吸收回饋方案結構相對複雜，實現困難。傳統有源錯位方案由於 主管和錯位管互補導通，錯位管會影響主管的工作狀態，反激電路不能工作在斷續和臨界 斷續模式，因而不能應用到目前廣泛應用的臨界斷續反激方案中；無源錯位+有源吸收方 案中有源吸收電路一般由buck或反激電路構成，拓撲結構和控制方法都很複雜，且回饋時 buck和反激電路效率並不高，吸收效果不佳。
【發明內容】
[0007] 本發明所要解決的現有技術的上述問題，提供一種迄今為止最通用且簡單、可靠、 高效的反激變壓器漏感能量吸收和回饋電路W及其控制方法。
[000引本發明適用於連續、斷續、臨界斷續等工作模式下的反激電路，解決了現有臨界斷 續工作模式反激變壓器漏感能量吸收和回饋電路及其控制過於複雜的問題，提高了反激電 路的可靠性及效率。
[0009] 本發明解決上述所說技術問題所採用的技術方案是：反激變壓器漏感能量吸收 和回饋電路一體，僅由一個錯位管和一個錯位電容構成。錯位管和主管非互補導通控制，使 得該吸收和回饋方案能夠適用斷續和臨界斷續（準諧振）工作模式反激電路。
[0010] 一種反激變壓器漏感能量吸收和回饋電路，其特徵在於吸收和回饋電路集成一 體，僅由一個錯位管和一個錯位電容構成。錯位管源極和反激主管漏極相連，錯位管漏極和 錯位電容相連。錯位管提供漏感能量吸收和釋放的通道，錯位電容則是漏感能量暫時存儲 的介質。
[0011] 所述反激變壓器漏感能量吸收和回饋電路錯位管可採用N溝道MOSFET，也可採用 P溝道MOS陽T。
[0012] 本發明還提供上述吸收和回饋電路的控制方法，其特徵在於錯位管和主管非互補 導通。錯位管只在主管關斷後導通短暫時間T。，該時間遠小於主管的關斷時間。在該段時 間內，通過錯位電容和漏感的諧振將錯位電容吸收到的漏感能量釋放到輸入電容和輸出電 容中去。
[0013] 錯位管的導通時間可W通過W下公式求得：
[0014] Tc=巧拓萬
[001引其中Lk為漏感感值，C。為錯位電容容值。
[0016] 本發明所述的控制方法中，錯位管在主管關斷後短暫時間T。就將漏感能量吸收W 及釋放到主功率電路，隨後錯位管就關斷，不幹設斷續和臨界斷續模式反激變換器勵磁電 感電流復位到零後，勵磁電感與結電容的諧振過程。因而本發明提供的反激變壓器漏感能 量吸收和回饋電路機器控制方法適用於各種工作模式的反激電路。
[0017] 本發明的反激變壓器漏感能量吸收回饋電路及控制方法具有W下技術優勢：
[0018] 1、吸收和回饋電路一體，簡單可靠
[0019] 2、錯位管的開關不影響主管的工作，適用斷續、臨界斷續、連續工作模式反激電路
[0020] 3、漏感能量被錯位電容可靠吸收，消除了反激電路主功率管的電壓尖峰，提高了 反激電路的可靠性
[0021] 4、錯位電容吸收到的漏感能量能完全釋放到主功率電路，提高了反激電路的效率
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022] 下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：
[0023] 圖la、圖化、圖Ic為應用本發明反激變換器漏感能量吸收和回饋電路的微型光伏 併網逆變器電路原理圖。
[0024] 圖la為本發明第一實施例
[0025] 圖化為本發明的第二實施例
[0026] 圖Ic為本發明的第S實施例
[0027] 圖2為本發明吸收回饋電路錯位管驅動信號的生成框圖。
[002引圖3為一個開關周期，反激電路主管、錯位管的驅動信號W及漏感電流和錯位電 容電壓的波形圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，但不應W此限制本發明的保護 範圍。
[0030] 圖la為本發明的第一實施例，圖中100電路為本發明提出的漏感能量吸收和回饋 電路，由N溝道MOS陽T錯位管S。和錯位電容C。構成。錯位管的源極與反激電路主管S m的 漏極相連，錯位管的漏極和錯位電容C。的正極相連，錯位電容C。的負極和反激電路輸入端 的地相連。
[0031] 圖化為本發明的第二實施例，圖中101電路為本發明提出的漏感能量吸收和回饋 電路，由N溝道MOS陽T錯位管S。和錯位電容C。構成。錯位管的源極與反激電路主管S m的 漏極相連，錯位管的漏極和錯位電容C。的正極相連，錯位電容C。的負極和反激電路輸入端 的PV+相連，該種方式相比第一實施例減小了錯位電容C。的耐壓。
[0032] 圖Ic為本發明的第S實施例，圖中102電路為本發明提出的漏感能量吸收和回饋 電路，由P溝道MOSFET錯位管S。和錯位電容C。構成。錯位管的源極與反激電路輸入端的 地相連，錯位管的漏極和錯位電容C。的負極相連，錯位電容C。的正極和反激電路主管Sm的 漏極相連。該種方式相比第一、第二實施例簡化了錯位管的驅動
[0033] 圖2闡述了本發明提出的漏感能量吸收和回饋電路錯位管的控制方法。
[0034] 在反激電路主管關斷後，錯位管S。開通一段時間T。，開通時間T。遠小於主管的關 斷時間。在該段時間內，錯位電容通過錯位管S。完成了漏感能量的吸收和釋放，將回收到 的漏感能量全部釋放到主功率電路中。該控制方法可W通過模擬電路或數字電路方便地實 現。
[0035] 圖3給出了主管和錯位管的驅動信號，W及漏感電流和錯位電容電壓波形。漏感 能量回饋的原理就是錯位電容和漏感的諧振，錯位管的導通時間T。為半個諧振周期，此時 漏感能量正好諧振到零，將錯位電容吸收到的漏感能量全部釋放到主功率電路中。
[0036] W上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技 術人員來說，本發明可W有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改，等同替換，改進等，均應包含在本發明的權利要求範圍之內。
【權利要求】
1. 反激變壓器漏感能量吸收回饋電路，其特徵在於：吸收和回饋電路集成一體，僅由 一個鉗位管和一個鉗位電容構成；鉗位管源極和反激主管漏極相連，鉗位管漏極和鉗位電 容相連。鉗位管提供漏感能量吸收和釋放的通道，鉗位電容則是漏感能量暫時存儲的介質。
2. 如權利要求1所述的反激變壓器漏感能量吸收回饋電路，其特徵在於：所述的鉗位 管採用N溝道MOSFET，或P溝道MOSFET。
3. 如權利要求1所述的反激變壓器漏感能量吸收回饋電路的控制方法，其特徵在於： 所述的鉗位管和主管非互補導通；鉗位管只在主管關斷後導通時間T。，T。遠小於主管的關 斷時間；鉗位管的導通時間T。的計算公式為：
其中Lk為漏感感值，C。為鉗位電容容值。
4. 權利3所述的控制方法，其特徵在於：鉗位管在主管關斷後的短暫時間T。就將漏感 能量吸收以及釋放到主功率電路，隨後鉗位管就關斷，不幹涉斷續和臨界斷續模式反激變 換器勵磁電感電流復位到零後，勵磁電感與結電容的諧振過程。
【文檔編號】H02M7/537GK104485831SQ201410837909
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月29日 優先權日:2014年12月29日
【發明者】禹紅斌, 趙一, 楊波 申請人:杭州禾邁電力電子技術有限公司