一种功率变换器及其控制方法与流程

本发明涉及电力电子，尤其涉及一种功率变换器及其控制方法。

背景技术：

1、随着分布式光伏发电系统的蓬勃发展，微型逆变器以其模块化、效率高、配置灵活、安全性高的优点，获得了越来越广泛的关注。微型逆变器主要负责将太阳能光伏板产生的直流电转换为交流电，微型逆变器其全称是微型光伏逆变器，一般指的是光伏发电系统中功率小、具有组件级最大功率点跟踪(maximum power point tracking，mppt)功能的逆变器。微型逆变器作为组件级逆变器，避免了光伏组件的局部阴影带来的系统整体发电量降低的风险，同时由于无直流高压的问题，相较于光伏组串+关断器、光伏组串+优化器的结构具有更高的安全性。目前微型逆变器在户用的屋顶、阳台光伏场景得到了广泛的影响。

2、微型逆变器的直流侧连接光伏组件，微型逆变器的交流侧连接电网或负载，当电网发生短路或负载重载投入时，会导致微型逆变器的输出电压的幅值发生跌落，如果不能有效响应输出电压的幅值变化，可能会导致微型逆变器中的谐振电流过流，从而影响微型逆变器的运行可靠性。

技术实现思路

1、本技术提供的一种功率变换器及其控制方法，用以规避因电网电压跌落导致的过流风险。

2、第一方面，本技术提供了一种功率变换器，包括变压器、原边电路、副边电路及控制器。其中，功率变换器的输入用于与直流电源连接，功率变换器的输出用于与电网连接，原边电路连接于功率变换器的输入与变压器之间，副边电路连接于变压器与功率变换器的输出之间；原边电路和副边电路均包括至少一个开关管，副边电路还包括至少一个与每个开关管并联设置的电容。响应于功率变换器的输出电压的幅值从大于设定阈值减小至小于设定阈值，控制器用于：控制原边电路的开关管处于工作状态，且控制原边电路向变压器输出脉冲电压的脉冲宽度减小，以维持副边电路中与每个开关管并联设置电容的电压处于设定区间内，控制副边电路的开关管从工作状态切换至关断状态，工作状态为开关管在导通与关断之间不断切换的状态。

3、本技术中，由于在功率变换器的输出侧发生低压穿越时，控制器控制副边电路的全部开关管处于关断状态，可以提高功率变换器在发生低电压穿越或零电压穿越时运行的可靠性。同时控制器控制原边电路向变压器输出的脉冲电压的脉冲宽度减小，即可维持副边电路中与每个开关管并联设置的电容电压稳定，确保用于驱动副边电路中开关管的驱动电路可以持续从电容处取电，以保证在交流侧电压恢复正常后能快速回归正常的发波。

4、在本技术一些实施例中，控制器可以根据直流源输入的直流电压和电网或负载所需的交流电压变化，通过调节输出的pwm信号的方式，控制原边电路输出的脉冲电压的脉冲宽度。在响应于功率变换器的输出电压的幅值由大于设定阈值减小至小于设定阈值，控制器可以控制原边电路向变压器输出的脉冲电压的占空比减小。

5、本技术一些实施例中，控制器可以采用控制原边电路中各开关管的切换频率的方式，在不同工作模式下调制原边电路输出的脉冲电压的参数。具体地，响应于功率变换器的输出电压的幅值由大于设定阈值减小至小于设定阈值，控制器可以控制原边电路的开关管在工作状态的切换频率减小。

6、在本技术一些实施例中，在输出电压的幅值大于设定阈值，即输出电压从低电压或零电压穿越恢复到正常状态时，为了防止输出电压频繁进入低电压或零电压穿越导致工作模式频繁切换，控制器可以继续控制功率变换器工作在低压穿越的工作模式，即响应于功率变换器的输出电压的幅值从小于设定阈值增大至大于设定阈值，控制副边电路的开关管保持关断状态，且控制原边电路向变压器的原边绕组输出的脉冲电压的脉冲宽度小于设定值，设定值为功率变换器的输出电压的幅值大于设定阈值时脉冲电压的最小脉冲宽度值，经过设定时长后，控制副边电路的开关管由关断状态切换至工作状态，且控制原边电路向变压器输出的脉冲电压的脉冲宽度增大，使得原边电路和副边电路中的开关管正常发波。

7、在本技术一些实施例中，响应于功率变换器的输出电压的幅值从小于设定阈值增大至大于设定阈值，控制器还用于：经过设定时长后，控制原边电路向变压器的原边绕组输出的脉冲电压的占空比增大，使得原边电路中的开关管正常发波。

8、本技术一些实施例中，响应于功率变换器的输出电压的幅值从小于设定阈值增大至大于设定阈值，控制器还用于：经过设定时长后，控制原边电路的开关管在工作状态的切换频率增大。

9、本技术一些实施例中，功率变换器还可以包括感性器件，副边电路串联感性器件后与变压器的副边绕组连接。

10、本技术一些实施例中，原边电路包括并联的第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂包括串联的第一开关管和第二开关管，第一开关管和第二开关管的连接点与变压器的原边绕组的一端连接；第二桥臂包括串联的第三开关管和第四开关管，第三开关管和第四开关管的连接点与变压器的原边绕组的另一端连接。

11、本技术一些实施例中，副边电路包括第三桥臂，第三桥臂包括上半桥臂和下半桥臂，上半桥臂包括续流方向相反的第五开关管和第六开关管，下半桥臂包括续流方向相反的第七开关管和第八开关管，上半桥臂和下半桥臂的连接点通过感性器件与变压器的副边绕组的一端连接，或上半桥臂和下半桥臂的连接点与变压器的副边绕组的一端连接。

12、本技术一些实施例中，副边电路还包括第一电容和第二电容，第一电容和第二电容串联后与第三桥臂并联设置，第一电容和第二电容的连接点与变压器的副边绕组的另一端连接。或者，本技术另一些实施例中，副边电路还包括谐振电容，谐振电容连接于上半桥臂或下半桥臂与变压器的副边绕组另一端之间。

13、本技术另一些实施例中，副边电路包括第三桥臂、第一电容和第二电容。第三桥臂包括上半桥臂和下半桥臂，上半桥臂包括续流方向相反的第五开关管和第六开关管，下半桥臂包括续流方向相反的第七开关管和第八开关管；第五开关管和第六开关管的连接点通过感性器件与变压器的副边绕组的一端连接，或，第五开关管和第六开关管的连接点与变压器的副边绕组的一端连接，第七开关管和第八开关管的连接点通过第一电容与变压器的副边绕组的另一端连接，第二电容与第三桥臂并联设置。

14、第二方面，本技术还提供了一种功率变换器的控制方法，其中功率变换器为第一方面中任一可能设计提供的功率变换器。该控制方法具体可以包括：响应于功率变换器的输出电压的幅值由大于设定阈值减小至小于设定阈值，控制功率变换器的原边电路的开关管处于工作状态，且控制原边电路向功率变换器的变压器输出脉冲电压的脉冲宽度减小，以维持功率变换器的副边电路中与每个开关管并联设置电容的电压处于设定区间内，控制副边电路的开关管从工作状态切换至关断状态，工作状态为开关管在导通与关断之间不断切换的状态。

15、在本技术一些实施例中，响应于功率变换器的输出电压的幅值由大于设定阈值减小至小于设定阈值，还可以控制原边电路向变压器输出的脉冲电压的占空比减小。

16、在本技术一些实施例中，响应于功率变换器的输出电压的幅值由大于设定阈值减小至小于设定阈值，还可以控制原边电路的开关管在工作状态的切换频率减小。

17、在本技术一些实施例中，为了防止输出电压频繁进入低电压或零电压穿越导致工作模式频繁切换，控制器可以继续控制功率变换器工作在低压穿越的工作模式，即响应于功率变换器的输出电压的幅值从小于设定阈值增大至大于设定阈值，控制副边电路的开关管保持关断状态，且控制原边电路向变压器的原边绕组输出的脉冲电压的脉冲宽度在小于设定值，设定值为功率变换器的输出电压的幅值大于设定阈值时脉冲电压的最小脉冲宽度值，经过设定时长后，控制副边电路的开关管由关断状态切换至工作状态，且控制原边电路向变压器的原边绕组输出的脉冲电压的脉冲宽度增大。

18、在本技术一些实施例中，响应于功率变换器的输出电压的幅值从小于设定阈值增大至大于设定阈值，经过设定时长后，还可以控制原边电路向变压器输出的脉冲电压的占空比增大。

19、在本技术一些实施例中，响应于功率变换器的输出电压的幅值从小于设定阈值增大至大于设定阈值，经过设定时长后，还可以控制原边电路的开关管在工作状态的切换频率增大。

20、第二方面中的任一可能设计可以达到的技术效果，请参照上述第一方面中的任一可能设计可以达到的技术效果，这里不再重复赘述。本技术的这些方面或其它方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。