一种基于辅助电源的双Buck逆变器改进调制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于辅助电源的双Buck逆变器改进调制方法，S1、设计方案，采用两组Buck电路采用分时控制的方式；S2、添加辅助电源及其辅助开关，S

An improved modulation method of double buck inverter based on auxiliary power supply

The invention discloses an improved modulation method of double buck inverter based on auxiliary power supply, S1, design scheme, adopting time-sharing control mode of two sets of Buck circuits, S2, adding auxiliary power supply and auxiliary switch, s

【技术实现步骤摘要】
一种基于辅助电源的双Buck逆变器改进调制方法
本专利技术属于光伏逆变器
，更具体地说，尤其涉及一种基于辅助电源的双Buck逆变器改进调制方法。
技术介绍
随着化石能源的枯竭和环境污染的加重，分布式发电作为未来能源的重要形式，越发受到国内外学者的重视。体积小、成本低的非隔离型光伏逆变器成为研究热点。H桥逆变器因其结构简单、控制灵活、电压利用率高等特点，得到广泛应用。但其存在桥臂功率管直通问题，需要设置死区时间，影响输出的电压波形质量，且增加后期滤波器设计难度。自从SlobodanCuk和R.W.Erickson提出新型Cuk组合式逆变器。近年来DC/DC组合式逆变器因其高精度和优良的瞬态响应受到了研究人员的热捧。R.D.Middlebrook总结该逆变器由双向流动的DC/DC变换器组成，负载跨接在两组直流变换器的输出端，且具有直流变换器较高稳态精度、动态响应迅速、纹波电流低等优点。吴婷，肖岚，姚志垒等在《双降压式全桥逆变器》一文中提出了无桥臂直通、输入直流电压利用率高的双降压式逆变器，但存在四个滤波电感，且器件利用率较低，磁件体积偏大，功率密度低等缺陷。朱成花和严仰光等在《一种新颖的串/并联输出双BUCK逆变器》一文中提出了串/并联输出的双降压逆变器，可提供多种规格的输出电压，但需要四只MOS管、四只续流二极管和四只滤波电感，器件利用率和功率密度低等问题依然存在。韩思亮等在《基于直流变换器的逆变器拓扑和滑模控制技术研究》一文中研究了基于直流变换的逆变器拓扑，由两组对称的Buck变换器组成，相比于文献《双降压式全桥逆变器》和《一种新颖的串/并联输出双BUCK逆变器》，具有器件少、体积小等特点，但并未对系统损耗及效率进行分析。徐飞，汤雨，何耀华等在《双Boost逆变器半周期调制策略研究》一文中研究了双Boost逆变器在全周期和半周期运行状态，发现半周期运行时系统损耗更低、效率更高。文献《基于直流变换器的逆变器拓扑和滑模控制技术研究》提出的基于双Buck变换器的逆变器。采用了两组对称的Buck电路，负载跨接在两组双向Buck变换器的输出端，分别跟踪和放大两个具有相同直流偏置，相位互差180°的正弦参考电压，差动输出得到交流波形。采用该调制方式，两个Buck电路的功率开关在整个周期内始终处于高频状态，且器件损耗和电压、电流应力较大，效率难以提升。针对现有的Buck电路逆变器技术中存在整个周期内始终处于高频状态，且器件损耗和电压、电流应力较大，效率难以提升的缺陷，我们提出一种基于辅助电源的双Buck逆变器改进调制方法及装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于辅助电源的双Buck逆变器改进调制方法及装置。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于辅助电源的双Buck逆变器改进调制方法，包括如下步骤：S1、设计方案，采用两组Buck电路采用分时控制的方式，使得在任意半个周期内只有一组Buck处于高频工作状态，另一组Buck不工作。处于高频工作的Buck变换器输出带有直流偏置的半波，与直流辅助电源提供直流电压差动输出得到正弦半波，即直流偏置电压应等于辅助电源电压；S2、添加辅助电源及其辅助开关，S5、S6为正负半周期交替导通的辅助开关，Ub为辅助电源，S5、S6分别连接在滤波器C1、C2的两端；S3、正弦输出计算，两组Buck变换器输出电压表达式：其中U'01(t)和U'02(t)分别表示两组Buck变换器的输出，其占空比表达式：通过调制使两组Buck变换器跟随D'1(t)和D'2(t)变化，通过辅助电源差动输出，得到正弦输出：U′o1(t)-U′o2(t)＝Umsin(ωt)(3)；S4、工作模态分析；当工频正半周期内，S1、S2高频率通断，且其工作状态相反，S5处于保持导通，S2、S3、S6均处于关断状态；当工频负半周期内，S3、S4高频率通断，且其工作状态相反，S6处于保持导通，S1、S2、S5均处于关断状态，且具有四种模态。优选的，所述步骤S1中双Buck逆变器选择电解电容，两组Buck变换器在工频正负半周交替工作，产生互差180°的带直流偏置的交流半波，与辅助电源差动输出正弦交流电压。优选的，所述步骤S2中其中S1、S2、C1、L1组成Buck1，S3、S4、C2、L2组成Buck2。该拓扑通过采用两组相同的双向Buck电路差动输出，实现直交变换的同时，能量也可双向流动。优选的，所述步骤S3中两组Buck电路采用分时控制的方式，使得在任意半个周期内只有一组Buck处于高频工作状态，另一组Buck不工作。处于高频工作的Buck变换器输出带有直流偏置的半波，与直流辅助电源提供直流电压差动输出得到正弦半波。优选的，所述步骤S4中的四种模态包括有模态I、模态II、模态III和模态IV四种情况。优选的，所述模态I工频正半周时，开关S1、S6导通，Uin经过S1、L1给C1充电，L1电流线性上升，Buck1处于充电状态Buck2处于静止状态，Ub经过S6给C2充电。优选的，所述模态II工频正半周时，开关S6导通，电流经过S2反并联二极管与L1、C1形成续流回路，L1电流线性下降，Buck1处于续流状态，Buck2仍处于静止状态、Ub经过S6给C2充电，所述续流阶段是电流经S4和S2的反并联二极管形成续流回路，整个工频器件S4和S2并未导通，故不存在直通风险，可不必设置死区。优选的，所述模态III工频负半周时，开关S3、S5导通，Uin经过S3、L2给C2充电，L2电流线性上升，Buck2处于充电状态，Buck1处于静止状态，Ub经过S5给C1充电。优选的，所述模态IV工频正半周时，开关S5导通，电流经过S4反并联二极管与L2、C2形成续流回路，L2电流线性下降，Buck2处于续流状态，Buck1仍处于静止状态、Ub经过S5给C1充电。优选的，所述步骤S2内的电源采用带寄生电阻的差动输出电路。本专利技术的技术效果和优点：1、本专利技术提出的改进调制策略可有效降低开关管导通损耗，开关管的电压应力、电流应力较传统方法均有明显降低；2、本专利技术改进调制策略后，电感电流基波、纹波和电感电压均有改善，相比于传统方式降低了磁性元件的铜耗和铁耗；3、本专利技术基于电路特点，电容采用成本更低的电解电容，可有效降低电路成本与体积；4、本专利技术有效提高了电路的整体效率、减小电路体积；对提高逆变器功率密度、逆变器性能优化、微型化有一定的参考价值；5、本专利技术的调制方式，只需要控制一组Buck变换器与辅助电源进行差动输出，保证可靠性和误差。附图说明图1为本专利技术的辅助电路的双Buck拓扑结构；图2为本专利技术的调试前后对比示意图；图3为本专利技术的调试策略示意图；图4为本专利技术的逆变器工作模态示意图；图5为本专利技术的带寄生电阻的差动输出电路；图6为本专利技术的开关管电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于辅助电源的双Buck逆变器改进调制方法，其特征在于：包括如下步骤：/nS1、设计方案，采用两组Buck电路采用分时控制的方式，使得在任意半个周期内只有一组Buck处于高频工作状态，另一组Buck不工作；处于高频工作的Buck变换器输出带有直流偏置的半波，与直流辅助电源提供直流电压差动输出得到正弦半波，即直流偏置电压应等于辅助电源电压；/nS2、添加辅助电源及其辅助开关，S

【技术特征摘要】
1.一种基于辅助电源的双Buck逆变器改进调制方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、设计方案，采用两组Buck电路采用分时控制的方式，使得在任意半个周期内只有一组Buck处于高频工作状态，另一组Buck不工作；处于高频工作的Buck变换器输出带有直流偏置的半波，与直流辅助电源提供直流电压差动输出得到正弦半波，即直流偏置电压应等于辅助电源电压；
S2、添加辅助电源及其辅助开关，S5、S6为正负半周期交替导通的辅助开关，Ub为辅助电源，S5、S6分别连接在滤波器C1、C2的两端；
S3、正弦输出计算，两组Buck变换器输出电压表达式：



其中U'01(t)和U'02(t)分别表示两组Buck变换器的输出，其占空比表达式：



通过调制使两组Buck变换器跟随D'1(t)和D'2(t)变化，通过辅助电源差动输出，得到正弦输出：
U′o1(t)-U′o2(t)＝Umsin(ωt)(3)；
S4、工作模态分析；
当工频正半周期内，S1、S2高频率通断，且其工作状态相反，S5处于保持导通，S2、S3、S6均处于关断状态；
当工频负半周期内，S3、S4高频率通断，且其工作状态相反，S6处于保持导通，S1、S2、S5均处于关断状态，且具有四种模态。


2.根据权利要求1所述的一种基于辅助电源的双Buck逆变器改进调制方法，其特征在于：所述步骤S1中双Buck逆变器选择电解电容，两组Buck变换器在工频正负半周交替工作，产生互差180°的带直流偏置的交流半波，与辅助电源差动输出正弦交流电压。


3.根据权利要求1所述的一种基于辅助电源的双Buck逆变器改进调制方法，其特征在于：所述步骤S2中其中S1、S2、C1、L1组成Buck1，S3、S4、C2、L2组成Buck2；该拓扑通过采用两组相同的双向Buck电路差动输出，实现直交变换的同时，能量也可双向流动。


4.根据权利要求1所述的一种基于辅助电源的双Buck逆变器改进调制方法，其特征在于：所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋林，赵鹏程，张泰，王笑鸣，霍学文，宋杰，范之光，邱亮亮，任铁成，
申请(专利权)人：西南石油大学，华北石油通信有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51