一种三电平升压电路及其控制方法

摘要

本发明提供一种三电平升压电路及其控制方法，所述三电平升压电路包括：输入电容、旁路支路、升压功率变换电路、飞跨电容、固定变比的降压电路以及直流母线电容，所述输入电容分别通过所述旁路支路和升压功率变换电路连接至所述飞跨电容，所述飞跨电容和直流母线电容之间接入所述固定变比的降压电路，进而使得飞跨电容上的电压能够跟随母线电压变化，当飞跨电容的电压值小于第一阈值时，开启所述固定变比的降压电路工作。本发明解决了直流母线有电而飞跨电容没电或电压过低的问题，从而保证开关管和二极管的工作电压应力以避免被击穿。

权利要求

1.一种三电平升压电路，其特征在于，包括：输入电容Cin、旁路支路、升压功率变换电路、飞跨电容Cf、固定变比的降压电路以及直流母线电容Co，所述输入电容Cin分别通过所述旁路支路和升压功率变换电路连接至所述飞跨电容Cf，所述飞跨电容Cf和直流母线电容Co之间接入所述固定变比的降压电路，进而使得飞跨电容Cf上的电压能够跟随母线电压Vo变化，母线电压Vo会根据后面接入的逆变器的工况进行变化，当飞跨电容Cf的电压值Vcf小于第一阈值时，开启所述固定变比的降压电路工作；

其中，所述固定变比的降压电路包括二极管D5、变压器和全桥整流电路，所述飞跨电容Cf 靠近所述旁路支路的一端连接至所述二极管D5的负极，所述二极管D5的正极连接至所述变压器的副边，所述变压器的原边通过全桥整流电路连接至所述直流母线电容Co。

2.根据权利要求1所述的三电平升压电路，其特征在于，所述升压功率变换电路包括电感L1、二极管D4、二极管D3、开关管S1和开关管S2，所述输入电容Cin的一端通过所述电感L1连接至所述开关管S2的集电极和二极管D3的正极，所述开关管S2的发射极连接至所述开关管S1的集电极，所述开关管S1的发射极连接至所述输入电容Cin的另一端，所述二极管D4的正极连接至所述二极管D3的负极，所述二极管D4的负极连接至所述旁路支路。

3.根据权利要求2所述的三电平升压电路，其特征在于，所述开关管S2的发射极和所述开关管S1的集电极均连接至所述飞跨电容Cf以及固定变比的降压电路。

4.根据权利要求2所述的三电平升压电路，其特征在于，所述旁路支路包括二极管D6，所述二极管D6的正极连接至所述输入电容Cin，所述二极管D6的负极连接至所述二极管D4的负极。

5.根据权利要求2所述的三电平升压电路，其特征在于，所述二极管D4的正极和二极管D3的负极均连接至所述飞跨电容Cf以及固定变比的降压电路。

6.一种三电平升压电路的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至5任意一项所述的三电平升压电路，并包括以下步骤：步骤S1，判断飞跨电容Cf的电压值Vcf是否小于第一阈值，是则跳转至步骤S2；

步骤S2，启动所述固定变比的降压电路工作；

步骤S3，判断飞跨电容Cf的电压值Vcf是否大于第二阈值，是则关闭所述固定变比的降压电路。

7.根据权利要求6所述的三电平升压电路的控制方法，其特征在于，所述第一阈值小于第二阈值。

8.根据权利要求6所述的三电平升压电路的控制方法，其特征在于，所述第一阈值的取值范围满足Vo‑Vth1＜Vtr，其中，Vtr为升压功率变换电路中二极管D4和开关管S1允许工作的最大电压应力值，Vth1为所述第一阈值的取值，Vo为直流母线电压。

9.根据权利要求6所述的三电平升压电路的控制方法，其特征在于，所述第二阈值的取值大于或等于直流母线电压Vo的一半。

说明书

一种三电平升压电路及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种升压电路，尤其涉及一种三电平升压电路，并涉及该三电平升压电路的控制方法。

背景技术

[0002] 现有技术的三电平升压电路中，当存在多路飞跨电容升压电路输出侧并联在同一直流母线时，在其它路已上电并将直流母线电压建立后，而此时若某一路飞跨电容升压电
路还未上电，飞跨电容上的电压和输入电压均为零，此时母线电压会全部加在该路的二极
管上，此时可能导致其二极管被击穿。此外，在组串式的光伏逆变器中，该飞跨电容升压电
路会后连一级并网逆变电路，在电网高穿时母线电压会快速上升，此时若不能及时将飞跨
电容电压充上去，可能会导致开关管或二极管上的电压应力上升，导致其击穿。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是需要提供一种能够避免直流母线有电而飞跨电容没电，保证了开关管和二极管的工作压力应力，避免被击穿的三电平升压电路，在此基础
上，还进一步涉及该三电平升压电路的控制方法。

[0004] 对此，本发明提供一种三电平升压电路，包括：输入电容Cin、旁路支路、升压功率变换电路、飞跨电容Cf、固定变比的降压电路以及直流母线电容Co，所述输入电容Cin分别通过
所述旁路支路和升压功率变换电路连接至所述飞跨电容Cf，所述飞跨电容Cf和直流母线电
容Co之间接入所述固定变比的降压电路，进而使得飞跨电容Cf上的电压能够跟随母线电压
Vo变化，当飞跨电容Cf的电压值Vcf小于第一阈值时，开启所述固定变比的降压电路工作。

[0005] 本发明的进一步改进在于，所述固定变比的降压电路包括二极管D5、变压器和全桥整流电路，所述飞跨电容D5靠近所述旁路支路的一端连接至所述二极管D5的负极，所述二
极管D5的正极连接至所述变压器的副边，所述变压器的原边通过全桥整流电路连接至所述
直流母线电容Co。

[0006] 本发明的进一步改进在于，所述升压功率变换电路包括电感L1、二极管D4、二极管D3、开关管S1和开关管S2，所述输入电容Cin的一端通过所述电感L1连接至所述开关管S2的集
电极和二极管D3的正极，所述开关管S2的发射极连接至所述开关管S1的集电极，所述开关管
S1的发射极连接至所述输入电容Cin的另一端，所述二极管D4的正极连接至所述二极管D3的
负极，所述二极管D4的负极连接至所述旁路支路。

[0007] 本发明的进一步改进在于，所述开关管S2的发射极和所述开关管S1的集电极均连接至所述飞跨电容Cf以及固定变比的降压电路

[0008] 本发明的进一步改进在于，所述旁路支路包括二极管D6，所述二极管D6的正极连接至所述输入电容Cin，所述二极管D6的负极连接至所述二极管D4的负极。

[0009] 本发明的进一步改进在于，所述二极管D4的正极和二极管D3的负极均连接至所述飞跨电容Cf以及固定变比的降压电路。

[0010] 本发明还提供一种三电平升压电路的控制方法，应用于如上所述的三电平升压电路，并包括以下步骤：

[0011] 步骤S1，判断飞跨电容Cf的电压值Vcf是否小于第一阈值，是则跳转至步骤S2；

[0012] 步骤S2，启动所述固定变比的降压电路工作；

[0013] 步骤S3，判断飞跨电容Cf的电压值Vcf是否大于第二阈值，是则关闭所述固定变比的降压电路。

[0014] 本发明的进一步改进在于，所述第一阈值小于第二阈值。

[0015] 本发明的进一步改进在于，所述第一阈值的取值范围满足Vo‑Vth1＜Vtr，其中，Vtr为升压功率变换电路中二极管D4和开关管S1允许工作的最大电压应力值，Vth1为所述第一阈值
的取值，Vo为直流母线电压。

[0016] 本发明的进一步改进在于，所述第二阈值的取值大于或等于直流母线电压Vo的一半。

[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过在飞跨电容Cf和直流母线电容Co之间接入一组固定变比的降压电路，使得飞跨电容Cf上的电压能够跟随母线电压Vo变化，当飞
跨电容Cf的电压值Vcf小于第一阈值时，开启该固定变比的降压电路工作，使飞跨电容Cf的
电压值Vcf被迅速充到该第一阈值以上，从而解决了直流母线有电而飞跨电容没电或电压过
低的问题，也能够避免直流母线电压Vo与飞跨电容Cf的电压值Vcf相差太大的情况，保证了
开关管S1和二极管D4的工作电压应力以避免被击穿。

附图说明

[0018] 图1是本发明一种实施例的电路结构原理示意图；

[0019] 图2是本发明一种实施例的电路原理图；

[0020] 图3是本发明一种实施例的工作流程示意图。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

[0022] 飞跨电容Cf的升压功率变换电路2在正常工作时，飞跨电容Cf上的电压应为母线电压Vo的一半，当开关管S1开通时，开关管S2的电压应力为Vcf，当开关管S2开通时，开关管S1上
的电压应力为Vo‑Vcf，因此开关管的电压应力均为母线电压的一半左右，可以采用电压应力
较低的开关器件；为了避免开关管S1或二极管D4的电压应力Vo‑Vcf上升而导致其击穿，本例
对三电平升压电路进行了优化设计及其优化控制。

[0023] 如图1所示，本例提供一种三电平升压电路，包括：输入电容Cin、旁路支路1、升压功率变换电路2、飞跨电容Cf、固定变比的降压电路3以及直流母线电容Co，所述输入电容Cin分
别通过所述旁路支路1和升压功率变换电路2连接至所述飞跨电容Cf，所述飞跨电容Cf和直
流母线电容Co之间接入所述固定变比的降压电路3，进而使得飞跨电容Cf上的电压能够跟随
母线电压Vo变化，当飞跨电容Cf的电压值Vcf小于第一阈值时，开启所述固定变比的降压电
路3工作。

[0024] 本例采用固定变比的降压电路3是因为升压功率变换电路2正常工作时，悬浮电容电压要保持在母线电压Vo的一半左右，此时输入电感电流的纹波最小。而母线电压Vo会根据
后面接入的逆变器的工况进行变化，通过设计固定变比的降压电路3保持固定变比，就能够
使悬浮电容的电压始终跟随在母线电压Vo的一半。

[0025] 本例所述第一阈值是与母线电压Vo相关的预设电压阈值，其预设电压阈值的选取主要与开关器件的应力相关，当悬浮电容电压下降时，二极管D4和开关管S1的电压应力会上
升，因此需要悬浮电容电压下降到第一阈值的时候，启动所述固定变比的降压电路3工作，
将悬浮电容电压充上去，即使飞跨电容Cf的电压值Vcf被迅速充至该第一阈值以上，从而解
决了直流母线有电而飞跨电容没电的问题，也能够避免直流母线电压Vo与飞跨电容Cf的电
压值Vcf相差太大的情况，保证了开关管S1和二极管D4的工作电压应力，避免被击穿。优选
的，本例所述第一阈值的取值范围满足Vo‑Vth1＜Vtr，其中，Vtr为升压功率变换电路2中二极
管D4和开关管S1允许工作的最大电压应力值，Vth1为所述第一阈值的取值，Vo为直流母线电
压。值得一提的是，本例的第一阈值以及后面的第二阈值的选取，并不是本领域技术人员的
公知常识或惯用手段，而是结合了本例所述固定变比的降压电路3这一应用环境而设计的。

[0026] 图2所示的是本例的一种优选电路原理图；如图2所示，本例所述固定变比的降压电路3包括二极管D5、变压器和全桥整流电路，所述飞跨电容D5靠近所述升压功率变换电路2
的一端连接至所述二极管D5的负极，所述二极管D5的正极连接至所述变压器的副边，副边为
二极管整流的隔离dc/dc电路，所述变压器的原边通过全桥整流电路连接至所述直流母线
电容Co。所述变压器的变比为N2:N1，原边的全桥可以采用开环的控制方式，该电路工作时可
以将飞跨电容Cf的电压值Vcf控制在Vo*N1/N2以上，从而实现飞跨电容Cf的电压值Vcf能够跟
随母线电压Vo变化的效果。

[0027] 如图2所示，本例所述旁路支路1包括二极管D6，所述二极管D6的正极连接至所述输入电容Cin，所述二极管D6的负极连接至二极管D4的负极。所述二极管D4的正极和二极管D3的
负极均连接至所述飞跨电容Cf以及固定变比的降压电路3。

[0028] 如图2所示，本例所述升压功率变换电路2包括电感L1、二极管D4、二极管D3、开关管S1和开关管S2，所述输入电容Cin的一端通过所述电感L1连接至所述开关管S2的集电极和二
极管D3的正极，所述开关管S2的发射极连接至所述开关管S1的集电极，所述开关管S1的发射
极连接至所述输入电容Cin的另一端，所述二极管D4的正极连接至所述二极管D3的负极，所
述二极管D4的负极连接至所述旁路支路1(即二极管D6的负极)。所述开关管S2的发射极和所
述开关管S1的集电极均连接至所述飞跨电容Cf以及固定变比的降压电路3。

[0029] 如图3所示，本例还提供一种三电平升压电路的控制方法，应用于如上所述的三电平升压电路，并包括以下步骤：

[0030] 步骤S1，判断飞跨电容Cf的电压值Vcf是否小于第一阈值，是则跳转至步骤S2，若否则返回继续进行该判断；

[0031] 步骤S2，启动所述固定变比的降压电路3工作；

[0032] 步骤S3，判断飞跨电容Cf的电压值Vcf是否大于第二阈值，是则关闭所述固定变比的降压电路3，若否则返回继续进行该判断。

[0033] 本例的这种三电平升压电路的控制方法的可以通过DSP等控制芯片的实现其控制逻辑，也可以通过硬件电路来实现。

[0034] 本例所述第一阈值和第二阈值没有固定的关系，本例优选第一阈值小于第二阈值，便于控制飞跨电容Cf的电压值Vcf在两个阈值(第一阈值和第二阈值)之内。所述第二阈
值的取值优选略大于或等于Vo的一半。

[0035] 综上所述，本例通过在飞跨电容Cf和直流母线电容Co之间接入一组固定变比的降压电路3，使得飞跨电容Cf上的电压能够跟随母线电压Vo变化，当飞跨电容Cf的电压值Vcf小
于第一阈值时，开启该固定变比的降压电路3工作，使飞跨电容Cf的电压值Vcf被迅速充到该
第一阈值以上，从而解决了直流母线有电而飞跨电容没电或电压过低的问题，也能够避免
直流母线电压Vo与飞跨电容Cf的电压值Vcf相差太大的情况，保证了开关管S1和二极管D4的
工作电压应力以避免被击穿。

[0036] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在
不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的
保护范围。