Boost-Buck光伏接口变换器控制策略研究

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摘要:级联应用的Buck和Boost变换器具有简单、高效、非隔离及宽电压输入范围等优点,常用作直流微变换器;光伏接口;直流微输入电压Upv_r、输入电流Ipv、输出电压Uo及输出电流Io。Upv与Ipv主要用于实现MPPT控制,Uo用于实现母线支撑控制,Io用于限流,共3个调节器:Gc1(s),Gc2(s)和Gc3(s)。3个值取小不会同时工作,分别实现前述两种工作状态。

3 Boost-Buck光伏接口变换器控制策略

3.1 Boost-Buck光伏接口变换器

    Boost-Buck光伏接口变换器结构如图3所示。Upv为光伏阵列输出电压;Uo为变换器输出电压;L1,L2为输入、输出电感;C1为中间电容,C2为输出电容。记Boost,Buck开关管占空比分别为d1,d2。

3.2 单管调制策略

    为简化控制策略,降低开关损耗,Boost-Buck变换器宜采用单管工作模式。Upv Uo,电路处于降压模式,d1=0,d2在0~1间调节。

    实现Boost-Buck变换器单管模式调制策略如图4所示。调制偏移量K与三角波峰值相等。Boost和Buck模式共用调节器,将Boost功率管的调制波上移K后作为Buck的调制波,简化调节器设计的同时保证了单管工作。

3.3 模态过渡问题

    实际中,任何开关器件通、断都存在一定延时,这些都会影响实际占空比,如图5a所示。uds为MOSFET开关管两端电压,Ts为开关周期,T1,T2为开通延时和关断延时;图5b为开关延迟对实际占空比的影响。理论上Uo/Upv与d1,d2的关系如图中虚线所示,但由于图5a所示的开关延迟,实际情况如实线所示。可见,Upv连续变化时,占空比并不满足一定的外特性以及能够高效、平滑的工作展开分析。针对外特性要求,设计了基于功率匹配、参考取小的控制方案;对使用单管工作产生的升降压模式切换问题,给出加入双管降频区间的解决策略。实验研究结果表明所采用的控制策略简单有效,实现了变换器高效率和平滑的运行,满足直流总线供电系统控制要求。

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