一种DC-DC变换器的制作方法

一种dc-dc变换器
技术领域
1.本实用新型涉及电力电子产品技术领域，尤其涉及一种dc-dc变换器。


背景技术：

2.光伏系统中，dc-dc变换器作为电池板和并网逆变器之间的桥梁，扮演着举足轻重的角色。由于光伏电池输出电压较低，且容易受到辐照和温度的影响，电池电压会从几十伏到上千伏之间变化，这就要求dc-dc变换器具有高电压增益和宽输入电压范围的特性，boost电路因其结构简单、成本低和质量轻，受到研发工程师的广泛青睐。
3.如图1所示，图1为传统的boost电路，其输入端接pv电池板，输出端接直流母线，假设母线电压的初始值为v
bus_0
，光伏电池板的最低工作电压为v
pv_0
，最高工作电压为v
pv_m
，当v
pv
《v
bus_0
时，boost工作在恒母线电压模式，此时光伏板的电压在v
pv_0
和v
bus_0
之间变化；当v
pv
》v
bus_0
时，光伏板的电压在v
bus_0
和v
pv_m
之间变化，由于boost电路只能工作在升压模式，因此母线电压必须随光伏板电压的升高而升高，使逆变器各功率器件承受很大的电应力，增加了电路的设计成本。
4.如图2所示，图2为含boost电路的光伏升压侧原理图，该电路由两个boost电路并联而成，每个boost电路可单独作为1路mppt使用，且两个boost单元之间相互独立。如图3所示为boost电路短路故障时的原理图，当其公共输出端发生短路时，故障电流将由vpv出发，经过电感l和二极管vd形成短路回路，此时，只能通过在直流侧增加直流短路器或熔断器加隔离开关的方式阻断故障电路，从而保护设备免更大的损害；该方法存在应用缺陷：boost变换器作为非隔离型电路，当发生短路故障时，需凭借直流断路器阻断故障电流，自身不具备故障阻断能力；boost电路只有升压功能，母线电压会受制于光伏板电压，给逆变器的设计和运行带来困扰。
5.目前，为使光伏dc-dc变换器具备直流故障阻断能力，通常会在dc-dc变换器输入端的正/负极串接一个关断组件，从而有效阻断故障电流而不会产生拉弧和烧蚀现象，如图4所示，虽然省去了直流断路器，但增加了开关管及相关器件的数量，电路成本未能有效减少，且增加了软件控制的复杂度。
6.为此，亟需一种在不凭借直流断路器的情况下通过电路自身能力阻断故障电流，有利于降低光伏产品的设计成本，使得母线电压不再受光伏板电压的影响的dc-dc变换器及故障电流阻断控制方法。


技术实现要素：

7.本实用新型要解决的技术问题是提出一种dc-dc变换器，该dc-dc变换器在不凭借直流断路器的情况下通过电路自身能力阻断故障电流，有利于降低光伏产品的设计成本，使得母线电压不再受光伏发电系统输入电压的影响。
8.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种dc-dc变换器，应用于光伏发电系统，包括至少一个mppt单元电路，所述mppt单元电路包括mos管q、二极管vd、电感l以及电容c；
9.所述mos管q的左侧与光伏发电系统的输入端连接，所述mos管q的右侧与电感l及二极管vd的阴极连接，所述二极管vd的阳极和电容c及母线电压端口连接；
10.通过关断所述mos管q的控制信号阻断故障电流，保护设备免受电气损害；通过灵活调节所述mos管q的控制信号使得直流母线电压不随着所述光伏发电系统的输入端电压变化而升高；
11.优选地，所述mos管q的左侧与所述光伏发电系统的输入正端pv 连接，所述mos管q的右侧与所述电感l上端和所述二极管vd的阴极相连，电感l的下端和光伏板的输入负端pv-、电容c的下端、母线电压的正端vbus 相连；二极管(vd)的阳极和电容c的上端以及母线电压的负端vbus-相连。
12.优选地，当所述光伏发电系统的输入端电压v
pv
小于母线电压初始值v
bus_0
时，光伏发电系统的输入端电压在v
pv_0
和v
bus_0
之间变化，所述mppt单元电路工作在升压模式，母线输出电压保持在v
bus_0
不变；其中，所述v
pv_0
为光伏发电系统的最低工作电压。
13.优选地，控制所述mos管q通断，使得光伏发电系统工作在不受到输入电压变化影响的恒母线电压模式，维持母线电压在较低的电压等级。
14.本实用新型还提供一种dc-dc变换器，包括两个并联的所述的mppt单元电路，第一mppt单元电路包括mos管q1、二极管vd1、电感l1以及电容c1，第二mppt单元电路包括mos管q2、二极管vd2、电感l2以及电容c2；所述mos管q1的左侧与光伏发电系统的输入端连接，所述mos管q1的右侧与电感l1及二极管vd1的阴极连接，二极管vd1的阳极和电容c1及母线电压端口连接；所述mos管q2的左侧与光伏发电系统的输入端连接，所述mos管q2的右侧与电感l2及二极管vd2的阴极连接，二极管vd2的阳极和电容c2及母线电压端口连接；
15.通过关断所述mos管q的控制信号阻断故障电流，保护设备免受电气损害；通过灵活调节所述mos管q的控制信号使得直流母线电压不随着所述光伏发电系统的输入端电压变化而升高；
16.优选地，所述mos管q1的左侧与光伏发电系统的输入正端pv1

连接，所述mos管q1的右侧与电感l1的上端和二极管vd1的阴极连接，所述电感l1的下端和光伏发电系统的输入负端pv1_和pv2_、电容c1的下端和电容c2的上端、母线电压的正端v
bus
连接，二极管vd1的阳极和电容c1的上端以及母线电压的负端v
bus-连接。
17.优选地，所述mos管q2的左侧与光伏发电系统的输入正端pv2

连接，所述mos管q2的右侧与电感l2的下端和二极管vd2的阴极连接，所述电感l1的上端和光伏发电系统的输入负端pv1和pv2、电容c1的下端和电容c2的上端、母线电压的正端v
bus
连接，所述二极管vd2的阳极和电容c2的下端以及母线电压的负端v
bus-连接。
18.采用上述电路之后，dc-dc变换器包括至少一个mppt单元电路，所述mppt单元电路包括mos管q、二极管vd、电感l以及电容c；所述mos管q的左侧与光伏发电系统的输入端连接，所述mos管q的右侧与电感l及二极管vd的阴极连接，所述二极管vd的阳极和电容c及母线电压端口连接；当直流输出端发生短路时，通过关断所述mos管q的控制信号阻断故障电流，保护设备免受电气损害；通过灵活调节所述mos管q的控制信号使得直流母线电压不随着所述光伏发电系统的输入端电压变化而升高，该dc-dc变换器在不凭借直流断路器的情况下通过电路自身能力阻断故障电流，有利于降低光伏产品的设计成本，使得母线电压不再受光伏发电系统输入电压的影响。
附图说明
19.图1是现有技术的boost电路图；
20.图2是现有技术含boost电路的光伏升压侧原理图；
21.图3是现有技术boost电路短路故障时的原理图；
22.图4是光伏直流分断装置的电路图；
23.图5是本实用新型实施一的电路图；
24.图6是本实用新型实施二的光伏升压侧电路图；
25.图7是本实用新型实施例二的故障原理图。
具体实施方式
26.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
27.实施例一
28.请参阅图5，图5是本实用新型实施一的电路图；本实施例公开了一种dc-dc变换器，应用于光伏发电系统，包括至少一个mppt单元电路，所述mppt单元电路包括mos管q、二极管vd、电感l以及电容c；所述mos管q的左侧与光伏发电系统的输入端连接，所述mos管q的右侧与电感l及二极管vd的阴极连接，所述二极管vd的阳极和电容c及母线电压端口连接；
29.当直流输出端发生短路时，通过关断所述mos管q的控制信号阻断故障电流，保护设备免受电气损害；通过灵活调节所述mos管q的控制信号使得直流母线电压不随着所述光伏发电系统的输入端电压变化而升高。
30.在本实施例中，所述mos管q的左侧与所述光伏发电系统的输入正端pv 连接，所述mos管q的右侧与所述电感l上端和所述二极管vd的阴极相连，电感l的下端和光伏板的输入负端pv-、电容c的下端、母线电压的正端vbus 相连；二极管(vd)的阳极和电容c的上端以及母线电压的负端vbus-相连。
31.在本实施例中，当所述光伏发电系统的输入端电压vpv小于母线电压初始值v
bus_0
时，光伏发电系统的输入端电压在v
pv_0
和v
bus_0
之间变化，所述mppt单元电路工作在升压模式，母线输出电压保持在v
bus_0
不变；其中，所述v
pv_0
为光伏发电系统的最低工作电压。
32.在本实施例中，当所述光伏发电系统的输入端电压v
pv
大于母线电压初始值v
bus_0
时，所述光伏发电系统的输入端电压在v
bus_0
和v
pv_m
之间变化，所述mppt单元电路工作在降压模式，母线输出电压保持在v
bus_0
不变；其中，所述v
pv_m
述为光伏发电系统的最高工作电压。
33.控制所述mos管q通断，使得光伏发电系统工作在不受到输入电压变化影响的恒母线电压模式，维持母线电压在较低的电压等级。
34.实施例二
35.请参阅图6及图7；图6是本实用新型实施二的光伏升压侧电路图；图7是本实用新型实施例二的故障原理图。本实施例公开一种dc-dc变换器，包括两个并联的所述的mppt单元电路，第一mppt单元电路包括mos管q1、二极管vd1、电感l1以及电容c1，第二mppt单元电路包括mos管q2、二极管vd2、电感l2以及电容c2；所述mos管q1的左侧与光伏发电系统的输
入端连接，所述mos管q1的右侧与电感l1及二极管vd1的阴极连接，二极管vd1的阳极和电容c1及母线电压端口连接；所述mos管q2的左侧与光伏发电系统的输入端连接，所述mos管q2的右侧与电感l2及二极管vd2的阴极连接，二极管vd2的阳极和电容c2及母线电压端口连接；
36.当直流输出端发生短路时，通过关断所述mos管q的控制信号阻断故障电流，保护设备免受电气损害；通过灵活调节所述mos管q的控制信号使得直流母线电压不随着所述光伏发电系统的输入端电压变化而升高。
37.在本实施例中，所述mos管q1的左侧与光伏发电系统的输入正端pv1

连接，所述mos管q1的右侧与电感l1的上端和二极管vd1的阴极连接，所述电感l1的下端和光伏发电系统的输入负端pv1_和pv2_、电容c1的下端和电容c2的上端、母线电压的正端v
bus
连接，二极管vd1的阳极和电容c1的上端以及母线电压的负端v
bus-连接。
38.在本实施例中，所述mos管q2的左侧与光伏发电系统的输入正端pv2

连接，所述mos管q2的右侧与电感l2的下端和二极管vd2的阴极连接，所述电感l1的上端和光伏发电系统的输入负端pv1和pv2、电容c1的下端和电容c2的上端、母线电压的正端v
bus
连接，所述二极管vd2的阳极和电容c2的下端以及母线电压的负端v
bus-连接。
39.实施例三
40.本实施例公开了一种dc-dc变换器的故障电流阻断控制方法，包括：
41.当光伏发电系统的输入端电压v
pv
小于母线电压初始值v
bus_0
时，光伏发电系统的输入端电压在v
pv_0
和v
bus_0
之间变化，所述mppt单元电路工作在升压模式，母线输出电压保持在v
bus_0
不变；其中，所述v
pv
_0为光伏发电系统的最低工作电压；
42.当所述光伏发电系统的输入端电压v
pv
大于母线电压初始值v
bus_0
时，所述光伏发电系统的输入端电压在v
bus_0
和v
pv_m
之间变化，所述mppt单元电路工作在降压模式，母线输出电压保持在v
bus_0
不变；其中，所述v
pv_m
述为光伏发电系统的最高工作电压；
43.当直流输出端发生短路时，通过关断所述mos管q的控制信号阻断故障电流，保护设备免受电气损害；通过灵活调节所述mos管q的控制信号使得直流母线电压不随着所述光伏发电系统的输入端电压变化而升高。
44.控制所述mos管q通断，使得光伏发电系统工作在不受到输入电压变化影响的恒母线电压模式，维持母线电压在较低的电压等级。
45.应当理解的是，以上仅为本实用新型的优选实施例，不能因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种dc-dc变换器，应用于光伏发电系统，其特征在于，包括至少一个mppt单元电路，所述mppt单元电路包括mos管q、二极管vd、电感l以及电容c；所述mos管q的左侧与光伏发电系统的输入端连接，所述mos管q的右侧与电感l及二极管vd的阴极连接，所述二极管vd的阳极和电容c及母线电压端口连接。2.根据权利要求1所述的dc-dc变换器，其特征在于，所述mos管q的左侧与所述光伏发电系统的输入正端pv 连接，所述mos管q的右侧与所述电感l上端和所述二极管vd的阴极相连，电感l的下端和光伏板的输入负端pv-、电容c的下端、母线电压的正端vbus 相连；二极管(vd)的阳极和电容c的上端以及母线电压的负端vbus-相连。3.一种dc-dc变换器，其特征在于，包括两个并联的所述的mppt单元电路，第一mppt单元电路包括mos管q1、二极管vd1、电感l1以及电容c1，第二mppt单元电路包括mos管q2、二极管vd2、电感l2以及电容c2；所述mos管q1的左侧与光伏发电系统的输入端连接，所述mos管q1的右侧与电感l1及二极管vd1的阴极连接，二极管vd1的阳极和电容c1及母线电压端口连接；所述mos管q2的左侧与光伏发电系统的输入端连接，所述mos管q2的右侧与电感l2及二极管vd2的阴极连接，二极管vd2的阳极和电容c2及母线电压端口连接。4.根据权利要求3所述的dc-dc变换器，其特征在于，所述mos管q1的左侧与光伏发电系统的输入正端pv1

连接，所述mos管q1的右侧与电感l1的上端和二极管vd1的阴极连接，所述电感l1的下端和光伏发电系统的输入负端pv1_和pv2_、电容c1的下端和电容c2的上端、母线电压的正端v
bus
连接，二极管vd1的阳极和电容c1的上端以及母线电压的负端v
bus-连接。5.根据权利要求4所述的dc-dc变换器，其特征在于，所述mos管q2的左侧与光伏发电系统的输入正端pv2

连接，所述mos管q2的右侧与电感l2的下端和二极管vd2的阴极连接，所述电感l1的上端和光伏发电系统的输入负端pv1和pv2、电容c1的下端和电容c2的上端、母线电压的正端v
bus
连接，所述二极管vd2的阳极和电容c2的下端以及母线电压的负端v
bus-连接。

技术总结
本实用新型公开了一种DC-DC变换器，包括至少一个MPPT单元电路，所述MPPT单元电路包括MOS管Q、二极管VD、电感L以及电容C；所述MOS管Q的左侧与光伏发电系统的输入端连接，所述MOS管Q的右侧与电感L及二极管VD的阴极连接；当直流输出端发生短路时，通过关断所述MOS管Q的控制信号阻断故障电流，保护设备免受电气损害；通过灵活调节所述MOS管Q的控制信号使得直流母线电压不随着所述光伏发电系统的输入端电压变化而升高；该DC-DC变换器及故障电流阻断控制方法在不凭借直流断路器的情况下通过电路自身能力阻断故障电流，有利于降低光伏产品的设计成本，使得母线电压不再受光伏发电系统输入电压的影响。输入电压的影响。输入电压的影响。


技术研发人员：文熙凯 梁誉馨 曾建友 周党生 陈利
受保护的技术使用者：深圳市禾望科技有限公司
技术研发日：2021.11.28
技术公布日：2022/5/25