ZVT-Boost电路原理图
电路一点通 2024-04-17
Boost 电路用于在太阳能电池板(PV)电压较低的时候将其升压到逆变电路正常工作需要的电压值。当 PV 电压低于逆变电路正常工作所需要的电压时,Boost 处于工作状态;反之,系统进入 Bypass 状态,Boost 不工作。


由于 Boost 电路损耗较大,影响系统整体运行效率,为提高其转换效率,设计中采用软开关技术。图 3.7 为本项目采用的 ZVT-Boost 电路原理图。该拓扑主要有以下优点:①零电压导通②开关管电流与电压 应力小③减小开关管的开关损耗和二极管的反向恢复损耗。


其中,Q1、D1、L1 和 Co分别为传统 Boost 电路所有的开关管、二极管、电感和输出电容。Q2、D2、 D3、L2 以及 Cr 为实现软开关所用到的 ZVT 电路,图中红色圈内器件。SCR1和 Relay 为系统进入单级模式 时的 Bypass 电路。

Working Mode

ZVT-BOOST 的基本思想是:为实现主开关管的零电压开通,必须要将主开关管输出电容上的电荷释 放到零,这一条件由辅助电路来实现。当主开关管零电压开通以后,辅助电路将停止工作。主开关管的零 电压关断主要通过其自身输出电容和增加的 Cr 限制开关管电压的上升率来实现。

图 3.8 为 ZVT-Boost 主要工作波形ZVT-BOOST 在一个开关周期内该变换器有八种开关状态。分析前作如下假设:所有开关管、二极管、 电感和电容均为理想元器件;电感 L 和电容 C 足够大,能保证在一个开关周期中,流过 L 的电流保持为 Iin 和 Co两端的电压保持为 Vo。(1) 模态 1[t0-t1] [如图 3.9(a)]:在 t0 时刻之前,主开关管 Q1 和辅助开关管 Q2 均处于关断状态,升压二极 管 D1 导通。在 t0 时刻,开通 Q2,此时辅助电感电流 IL2 从 0 开始线性上升,而 D1 中的电流开始线性 下降,在 t1 时刻,达到升压电感电流 Iin,D1的电流减小到 0,D1自然关断。(2) 模态 2[t1-t2] [如图 3.9(b)]:在此模态中,L2 开始与电容 Cq1 谐振,IL2 继续上升,而 Cq1 的电压开始下 降。当 Cr 的电压下降到 0 时,Q1 体内的反向二极管 Dq1 导通,将 Q1的电压箝在零位。(3) 模态 3[t2-t3] [如图 3.9(c)]:在此模态中,Dq1 导通,L2 电流通过 Dq1 续流,此时开通 Q1就是零电压开 通。可见,Q1开通时刻应该滞后于 Q2 的开通时刻。(4) 模态 4[t3-ta] [如图 3.9(d)]:在 t3 时刻关断 Q2,IL2 给 Cr充电,由于有 Cr,Q1为零电压关断。在 ta时刻,Vcr=Vo,D3导通,将 Vcr 箝在 Vo。(5) 模态 5[ta-t4] [如图 3.9(e)]:在此模态中,加在 La上的电压为-Vo,IL2 线性下降。在 t4 时刻,IL2 下降到 0。(6) 模态 6[t4-t5] [如图 3.9(f)]:在此模态中,Q1导通,D1 关断。升压电感电流流过 Q1,滤波电容给负载 供电,其规律与不加辅助电路的 Boost 电路完全相同。(7) 模态 7[t5-t6] [如图 3.9(g)]:在 t5 时刻,Q1关断,升压电感电流给 Cq1 充电,同时 Cr放电,由于有 Cq1 和 Cr,Q1 是零电压关断。在 t6 时刻,Vcq1 上升到 Vo,Vcr 下降到 0,D1 自然导通,D3自然关断。(8) 模态 8[t6-t7] [如图 3.9(h)]:该模态与不加辅助电路的 Boost 电路一样,L1 和 Vin 给滤波电容和负载供 电。在 t7 时刻,Q1 开通,开始另一个开关周期。




图 3.9 ZVT-Boost 模式示意图图 3.9 ZVT-Boost 模式示意图


Bypass 电路用 Relay 与 SCR 并联使用,其主要原因为:(1)在进行切断/闭合时,由于 Relay 的动作 时间较长,其完全闭合需要 15ms 的时间,所以为了保证在工作模式切换时不断电,需要安装 SCR 来完成 快速切换。(2)在正常导通工作时,由于 Relay 的导通损耗小于 SCR 的导通损耗,所以用 Relay 和 SCR 并 联可以保证在稳态运行时减小系统损耗。


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