DC-DC电路及其控制方法、光伏发电系统与流程

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dc-dc电路及其控制方法、光伏发电系统
技术领域
1.本技术涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种dc-dc电路及其控制方法、光伏发电系统。

背景技术：

2.对具有宽范围电压输入要求的变换器，在不同的电压输入时，面临着功率开关管的损耗不一致的情况。如图1所示，光伏发电系统用于追踪mppt(最大功率点跟踪)的dc-dc单元，其输入电压u
in
一般可以从200v跨度到1000v，而受光照、温度、光伏电池串配置等影响，不同输入电压条件下，dc-dc单元的输入功率不一致，此时dc-dc内部功率开关管q的损耗也处于不定状态，在面对天气突变等功率变化较大的场合，就会出现功率开关管过热损坏的情况。
3.受限于成本等因素，一般是采用ntc测温的方式实现功率开关管过热的监控。该方案只能监控功率开关管的稳态平衡的热状态，对于功率开关管的瞬时结温，并不能做到实时监控，即方案无法反馈功率开关管的瞬态结温，其对功率开关管瞬态结温失效无法起到有效保护。

技术实现要素：

4.本技术提供一种dc-dc电路及其控制方法、光伏发电系统，以避免dc-dc电路中开关管过热损坏的问题。
5.本技术的一个方面，提供一种dc-dc电路的控制方法，所述dc-dc电路包括电感、开关管以及二极管；所述方法包括：
6.获取所述dc-dc电路的输入电压；
7.根据获取的输入电压、以及输入电压与电感电流的拟合曲线，确定电感电流目标值；
8.根据所述电感电流目标值，控制所述开关管的开关动作。
9.本技术的另一个方面，提供一种dc-dc电路，包括电感、开关管以及二极管；还包括控制器，所述控制器被配置为执行时实现所述的dc-dc电路的控制方法的步骤。
10.本技术的另一个方面，提供一种光伏发电系统，所述光伏发电系统包括光伏组件、以及所述的dc-dc电路。
11.本技术提供的dc-dc电路及其控制方法、光伏发电系统，通过输入电压与电感电流的拟合曲线，能够确定输入电压对应的电感电流目标值，进而控制开关管的开关动作，避免了开关管过热损坏的问题，提高了系统的可靠性。
附图说明
12.图1为本技术实施例提供的dc-dc电路示意图；
13.图2为本技术实施例提供的一种电感电流与占空比的拟合曲线示意图；
14.图3为本技术实施例提供的另一种电感电流与占空比的拟合曲线示意图；
15.图4为本技术实施例提供的一种输入电压与电感电流的拟合曲线示意图；
16.图5为本技术实施例提供的另一种输入电压与电感电流的拟合曲线示意图；
17.图6为本技术实施例提供的dc-dc电路的控制方法示意图。
18.本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
19.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本技术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以解释本技术，并不用于限定本技术。
20.在本技术的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.为了方便描述，仍以图1所示的dc-dc电路为例进行说明。dc-dc电路包括输入电容c
in
，电感l、开关管q，二极管d和输出电容co；电感l的一端为输入电压的正极端(即u
in
的正极端)，电感l的另一端与开关管q的第一电极端和二极管d的阳极端连接；开关管q的第二电极端为输入电压的负极端或者输出电压的负极端(即u
in
的负极端或者uo的负极端)；二极管d的阴极端为输出电压的正极端(即uo的正极端)；开关管q的控制端用于接收控制器的控制信号，该控制信号可用于控制开关管q的断开或者导通；输入电容c
in
连接在输入电压的正极端与输入电压的负极端之间，输出电容co连接在输出电压的正极端与输出电压的负极端之间。
22.电感l的电流记为i
l
，纹波电流为δi
l
，输入电压为u
in
，输出电压为uo；开关管q的占空比d按照如下公式定义：
[0023][0024]
开关管q的总损耗p
loss
由两部分组成：开关损耗p
switch
和通态损耗p
on
。具体的计算公式如下所示
[0025]
p
loss
＝p
switch
+p
on
＝fs(ui+i2r
on
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0026]
其中fs表示开关频率，u表示开关管导通或者关断时候的电压，i表示导通或者关断时候的电流，r
on
表示开关管导通时候的电阻。
[0027]
对于mos管的电流i
mos
、电感电流i
l
及纹波电流δi
l
之间，存在如下的计算关系
[0028][0029]
把公式(3)代入到公式(2)中，便可以得到开关管损耗、占空比及电感电流之间的函数关系式，如下所示：
[0030]
p
loss
＝f(d,i
l
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0031]
为了防止开关管q发生过热损坏，由公式(4)可以核算出开关管q的最大损耗p
loss_max
，采用开关管损耗不超过最大损耗p
loss_max
的规则，可以计算出不同电流下，占空比d的最大允许值。据此，可以设置一条占空比d与电感电流之间的关系曲线d＝f(i
l
)，整机系统按照此设定曲线运行，即可保证系统对开关管的有效保护。
[0032]
一种可行的关系曲线如图2所示，电感电流i
l
在整个范围内，与占空比d有一一对应关系。整机设计时，需满足图2所示的关系曲线，即可保证开关管q不会过热损坏。此关系曲线只做最大限定，电感电流i
l
和占空比d的曲线可以是做任意的限定形式，只要保证开关管q损耗不超过允许的最大损耗即可。
[0033]
另一种可行的关系曲线如图3所示。关系曲线所遵循的要求同前所述，在此不在详述。
[0034]
在另一示例中，根据开关管q的损耗与流过开关管的电流、占空比d的关系式，可以得到开关管损耗与开关管电流i
mos
(考虑实际应用，此处开关管电流i
mos
用电感电流i
l
来表达)、输入电压u
in
和输出电压uo的关系式。一般情况，变换器的输出电压是有系统控制，并且可以保持稳定的。输入电压的变化，即决定着开关管q允许流过的电流大小，基于此，仿照占空比和电流的计算方式，可以在设计阶段设计输入电压u
in
与开关管q允许的最大电流i
mos
(考虑实际应用，此处开关管电流i
mos
用电感电流i
l
来表达)之间的关系曲线，曲线的形式如图4所示。
[0035]
另一种可行的关系曲线如图5所示，主要考虑输出功率上限限制，及最大功率管电流限制，所以会出现如图5所示的电流上限限制。诚然还有其他类似限电流曲线，如曲线为分段式的或线性式等，不在此一一列举。
[0036]
基于上述原理，如图6所示，本技术一实施例提供一种dc-dc电路的控制方法，所述方法包括步骤：
[0037]
s11、获取所述dc-dc电路的输入电压；
[0038]
s12、根据获取的输入电压、以及输入电压与电感电流的拟合曲线，确定电感电流目标值；
[0039]
s13、根据所述电感电流目标值，控制所述开关管的开关动作。
[0040]
在一示例中，基于所述开关管的损耗不大于所述开关管的最大损耗值的原则，得到所述输入电压与电感电流的拟合曲线。
[0041]
在一示例中，所述方法包括：
[0042]
确定所述开关管的最大损耗值；
[0043]
获取多个输入电压与电感电流的数据组，以根据多个输入电压与电感电流的数据组拟合得到所述输入电压与电感电流的拟合曲线。
[0044]
在一示例中，所述根据获取的输入电压、以及输入电压与电感电流的拟合曲线，确定电感电流目标值，包括：
[0045]
若获取的输入电压小于或者等于最小输入电压，则电感电流目标值为最小输入电压对应的电感电流；
[0046]
若获取的输入电压大于最小输入电压且小于最大输入电压、或者若获取的输入电压大于最小输入电压且小于预设输入电压，则电感电流目标值为所述拟合曲线中获取的输入电压对应的电感电流；
[0047]
若获取的输入电压大于或者等于最大输入电压、或者若获取的输入电压大于或者等于预设输入电压，则电感电流目标值为最大输入电压对应的电感电流；
[0048]
其中，所述预设输入电压介于所述最大输入电压与所述最小输入电压之间。
[0049]
请再结合图4进行理解，当输入电压u
in
小于或者等于最小输入电压u
inmin
时，则电感电流目标值为最小输入电压u
inmin
对应的电感电流i
lmin
；当输入电压u
in
大于最小输入电压u
inmin
且小于最大输入电压u
inmax
时，则电感电流目标值为图4所述拟合曲线中输入电压u
in
对应的电感电流；当输入电压u
in
大于或者等于最大输入电压u
inmax
时，则电感电流目标值为最大输入电压u
inmax
对应的电感电流i
lmax
。
[0050]
请再结合图5进行理解，当输入电压u
in
小于或者等于最小输入电压u
inmin
时，则电感电流目标值为最小输入电压u
inmin
对应的电感电流i
lmin
；当输入电压u
in
大于最小输入电压u
inmin
且小于预设输入电压u
inm
时，则电感电流目标值为图5所述拟合曲线中输入电压u
in
对应的电感电流；当输入电压u
in
大于或者等于预设输入电压u
inm
时，则电感电流目标值为最大输入电压u
inmax
对应的电感电流i
lmax
。
[0051]
本技术另一实施例提供一种dc-dc电路，所述dc-dc电路的元器件及其连接关系可参考前述内容。所述dc-dc电路还包括控制器，所述控制器被配置为执行时实现如前述实施例的dc-dc电路的控制方法的步骤。
[0052]
本技术又一实施例提供一种光伏发电系统，所述光伏发电系统包括光伏组件、以及前述实施例所述的dc-dc电路。其中，光伏组件的电压输出端与dc-dc电路中输入电压的正负极端连接。
[0053]
以上参照附图说明了本技术的优选实施例，并非因此局限本技术的权利范围。本领域技术人员不脱离本技术的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本技术的权利范围之内。

技术特征：

1.一种dc-dc电路的控制方法，所述dc-dc电路包括电感、开关管以及二极管；其特征在于，所述方法包括：获取所述dc-dc电路的输入电压；根据获取的输入电压、以及输入电压与电感电流的拟合曲线，确定电感电流目标值；根据所述电感电流目标值，控制所述开关管的开关动作。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述开关管的损耗不大于所述开关管的最大损耗值的原则，得到所述输入电压与电感电流的拟合曲线。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括：确定所述开关管的最大损耗值；获取多个输入电压与电感电流的数据组，以根据多个输入电压与电感电流的数据组拟合得到所述输入电压与电感电流的拟合曲线。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据获取的输入电压、以及输入电压与电感电流的拟合曲线，确定电感电流目标值，包括：若获取的输入电压小于或者等于最小输入电压，则电感电流目标值为最小输入电压对应的电感电流；若获取的输入电压大于最小输入电压且小于最大输入电压、或者若获取的输入电压大于最小输入电压且小于预设输入电压，则电感电流目标值为所述拟合曲线中获取的输入电压对应的电感电流；若获取的输入电压大于或者等于最大输入电压、或者若获取的输入电压大于或者等于预设输入电压，则电感电流目标值为最大输入电压对应的电感电流；其中，所述预设输入电压介于所述最大输入电压与所述最小输入电压之间。5.一种dc-dc电路，包括电感、开关管以及二极管；其特征在于，还包括控制器，所述控制器被配置为执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的dc-dc电路的控制方法的步骤。6.根据权利要求5所述的dc-dc电路，其特征在于，所述电感的一端为输入电压的正极端，所述电感的另一端与所述开关管的第一电极端和所述二极管的阳极端连接；所述开关管的第二电极端为输入电压的负极端或者输出电压的负极端；所述二极管的阴极端为输出电压的正极端；所述开关管的控制端用于接收所述控制器的控制信号。7.根据权利要求6所述的dc-dc电路，其特征在于，所述dc-dc电路还包括输入电容和/或输出电容；所述输入电容连接在所述输入电压的正极端与负极端之间，所述输出电容连接在所述输出电压的正极端与负极端之间。8.一种光伏发电系统，其特征在于，所述光伏发电系统包括光伏组件、以及权利要求5-7中任一项所述的dc-dc电路。

技术总结

本申请公开了一种DC-DC电路及其控制方法、光伏发电系统，所述DC-DC电路包括电感、开关管以及二极管；所述方法包括：获取所述DC-DC电路的输入电压；根据获取的输入电压、以及输入电压与电感电流的拟合曲线，确定电感电流目标值；根据所述电感电流目标值，控制所述开关管的开关动作。本申请通过输入电压与电感电流的拟合曲线，能够确定输入电压对应的电感电流目标值，进而控制开关管的开关动作，避免了开关管过热损坏的问题，提高了系统的可靠性。提高了系统的可靠性。提高了系统的可靠性。