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关于三电平Buck变换器的研究
发布日期:2018-01-08  来源:电工电能新技术   浏览次数:9
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光伏并网发电是现在人们利用光伏技术发电的主要方向,现在主要集中在城镇实施,而太阳能电池与建筑结合的并网光伏发电技术的提出以及随着光伏成本的大幅下降,使得光伏发电得到了进一步的发展。本文以太阳能光伏电池发电现状以及发展为背景,探讨三电平变换器在光伏发电技术中的应用及作用。目前,三电平技术在直流变换器中应用特别广泛,而三电平变换器的主要作用就是可以使开关管电压降低,从而对电气元件的保护有着很重要的作用。此外,三电平变换器又可以用在电压较高以及功率较高的转换场合。因此,对三电平变换器的研究就具有重要的意义。
2.Buck TL的建模
2.1 脉冲波形积分法的简介
脉冲波形积分法是已知脉冲调制型,准谐振型、桥式串(并)联谐振型等不同类型的直流变换器的数学建模的原理,可以使各类变换器在理论上的指导,以及在理论上使变化器的动态性能研究更加准确化【4】。该建模方法的主要特点是:(1)用周期性脉冲函数将变换器统一在一个拓扑结构,理论基础统一;(2)对小信号的变量用拉氏变换,模型具有输入数据功能;(3)与此同时我们还可以根据类型不同的变换器做出一定的理想化处理,使结果更加合理的逼近实验结果。
2.2数学建模原理
开关变换器是在时域范围内的变换,在开关管的通关过程中,我们可以借助对周期函数进行拉氏变换,进而变换器数学建模的过程就是在已知变换器的拓扑结构中将各个子拓扑统一在一个拓扑中,然后我们可以用非连续周期脉冲函数对Buck电路建立数学模型。在此基础上,对开关变换器进行相频和幅频的理论化分析。下面以图1所示的Buck三电平DC-DC变换器作为本文研究。
当该变换器的D大于0.5时,能够得到我们想要的结果。其中的两个分压电容Cd1,Cd2,要求电容非常大,并且我们还要求每个电容都可以供电,以保证电压均衡。为分析简便,我们根据电路原理进行如下改变,得到图1

图1 等效Buck三电平DC-DC变换器原理图
所示变换器可以用4个开关模态来分析其在一个周期内的工作过程。模态1如图2所示,当t=0时,给开关管Q1,Q2发出信号,使Q1,Q2同时通电,二极管D1,D2则此时电流截止,Lf处于充电状态,此状态在t=t1 时结束。模态2如图3所示,当t=t1时,关断Q1,使Q2继续处于导通状态,则D1导通,D2截止,只有下方一个电压源的一半提供能量,电感Lf放电,一直持续到t=t2时刻。模态3如图4所示,当t=ts时刻, Q1,Q2处于工作状态,出现与模态1相同的工作过程。模态4如图5所示。当t=t3时,关断Q2,使Q1继续导通,则D2导通,D1截止,与模态2类似,由上方一个电压源的一半提供能量,一直持续到t=ts时刻。

图2 t=0时,Q1、Q2导通

图3 t=t1时,Q1关断、Q2导通

图4 t=ts时,Q1、Q2导通

图5 t=t3时,Q1导通、Q2关断
由此可见,在开关管Q1,Q2和二极管D1,D2,导通与关断期间,分别对应于所示的4个不同阶段的电路图中在ts
 
 
 
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