技术摘要：
本发明公开了一种CCM单桥臂集成单相升压逆变器及控制方法。本发明所提逆变器与传统Boost集成式升压逆变器相比，仅增加了1个电感、1个电容和1个二极管，就实现了CCM模式下高增益升压逆变。由于输入电流连续，因而电感和功率管的电流应力和通态损耗会大幅度减小，且升压  全部
背景技术：
近年来，可再生能源分布式发电系统得到了快速发展。在这些电源系统中，输入侧 通常为光伏电池、燃料电池或蓄电池，其输出电压较低，且波动范围较大。因此，为了满足电 网或交流负载设备的电压要求，分布式发电系统普遍采用Boost变换器级联电压源型全桥 逆变器的两级式结构。该方案控制较为简单，但器件数量多，成本较高，体积较大。为此，有 学者提出了集成式升压逆变器，其通过复用部分功率管，将前级升压变换器与后级全桥逆 变器集成在一起，显著减少了元件数量，降低了成本，且系统集成度大幅提升。 单相集成式逆变器可分成两类：双桥臂集成和单桥臂集成。相比于前者，单桥臂集 成升压逆变器减少了一个防反二极管，在结构、成本和效率上更具优势。图1所示为传统单 桥臂集成Boost逆变器，其通过复用全桥逆变器左桥臂的上下功率管(左桥臂的下管作为 Boost变换器的开关管，上管的反并二极管作为Boost变换器的升压二极管)，实现了Boost 变换器和全桥逆变器的集成。但受单桥臂集成式拓扑调制策略上的限制，其在输入电感电 流连续模式(Continuous  Conduction  Mode,CCM)下不具有升压能力。为了实现升压逆变， 单桥臂集成式Boost逆变器通常工作在电感电流断续模式(Discontinuous  Conduction  Mode,DCM)下。然而，输入电流断续，电感和功率管的电流应力和通态损耗增大，且直流母线 电压随着占空比而急剧变化，很容易引起过调制，导致交流输出波形畸变。因而有学者提出 让升压桥臂(图1中的前桥臂)工作在恒定占空比控制方式下，通过改变输出功率Po来调节 直流母线电压。采用该调制策略，图1所示的传统单桥臂集成Boost逆变器可以较好的解决 直流母线电压调节和过调制问题，但是无法能用于光伏发电、独立逆变等各种输出功率无 法调节、输入电压宽范围变化的升压逆变场合。 因此，需要一种能够在CCM模式下实现单桥臂集成Boost逆变器的升压逆变，以及 高效率功率变换的方法。
技术实现要素：
有鉴于此，本申请提供了一种CCM单桥臂集成单相升压逆变器及控制方法，可以在 CCM模式下实现升压逆变，具有输入电流连续、电压增益高、功率管电流应力和通态损耗小、 电容电压应力低等优点。 为了实现上述目的，本发明提出的技术方案如下： 第一方面，本发明提供了一种CCM单桥臂集成单相升压逆变器，包括直流母线电容 Cdc、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第一升压电感L1、第二升压 电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第一滤波电感Lf、第一滤波电容Cf； 所述第一开关管S1的源极与所述第二开关管S2的漏极连接，以此串联构成第一桥 4 CN 111600502 A 说　明　书 2/8 页 臂；所述第三开关管S3的源极与所述第四开关管S4的漏极连接，以此串联构成第二桥臂；所 述第一桥臂与所述第二桥臂并联形成全桥电路； 所述第一开关管S1的漏极与所述第三开关管S3的漏极、所述直流母线电容Cdc的正 极连接；所述第二开关管S2的源极与所述第四开关管S4的源极、输入电源的负极连接；所述 第一电容C1的负极与所述第一升压电感L1的第一端、输入电源的正极连接；所述第一升压电 感L1的第二端与所述第一二极管D1的阳极、所述第二二极管D2的阳极连接；所述第一二极管 D1的阴极与所述第一电容C1的正极、所述直流母线电容Cdc的负极、所述第二升压电感L2的第 一端连接；所述第二升压电感L2的第二端、所述第二二极管D2的阴极和所述第一滤波电感Lf 的第一端相连于所述第一桥臂的中点； 所述第一滤波电感Lf的第二端与所述第一滤波电容Cf的第一端、交流负载的第一 端连接；所述第一滤波电容Cf的第二端和交流负载的第二端连接于所述第二桥臂的中点； 所述第一滤波电感Lf与所述第一滤波电容Cf串联构成滤波电路。 进一步的，所述全桥电路中的各个开关管可采用自带体二极管的金氧半场效晶体 管，也可采用不带体二极管的开关管反向并联二极管的器件组合。 进一步的，所述单桥臂集成单相升压逆变器的电压增益 式中：D为第 二开关管S2的驱动信号占空比；M＝2Urm/Ucm为调制比，Urm为交流调制信号urac的幅值，Ucm为 单极性三角载波uc的幅值。 进一步的，为了避免产生过调制，D和M必须满足制约关系：0.5M≤D≤1-0.5M。为了 兼顾占空比调节范围和交流输出波形质量，建议取最大调制比为：Mmax＝0.8。此时，升压占 空比D的调节范围是：0.4≤D＜0.6。 本发明还公开了上述一种CCM单桥臂集成单相升压逆变器的控制方法，所述控制 方法包括： 进行直流母线电压闭环控制，得到直流调制信号urdc； 进行输出交流电压闭环控制，得到交流调制信号urac； 将直流调制信号urdc与单极性三角载波uc交截，产生第二开关管S2的PWM驱动信号； 该驱动信号取反，以控制第一开关管S1； 将交流调制信号urac与单极性三角载波uc交截，产生第四开关管S4的SPWM驱动信 号；该驱动信号取反，以控制第三开关管S3； 其中，所述直流母线电压闭环控制包括： 逆变器直流母线电压udc与直流母线电压基准值udc,ref比较，其误差信号送至直流 母线电压控制器Gudc(s)，而直流母线电压控制器Gudc(s)的输出信号经过第一限幅环节Lim1 后，得到直流调制信号urdc；所述第一限幅环节Lim1的作用是将直流母线电压控制器Gudc(s) 的输出信号的最大值限制为0.6Ucm，最小值限制为0.4Ucm； 其中，所述输出交流电压闭环控制包括： 输出电压uo与输出电压基准值uo,ref比较，其误差信号送至输出电压控制器Guo(s)， 输出电压控制器Guo(s)的输出信号经过第二限幅环节Lim2后与直流调制信号urdc叠加，得到 交流调制信号urac；所述第二限幅环节Lim2的作用是将输出电压控制器Guo(s)的输出信号的 最大幅值限制为0.4Ucm。 5 CN 111600502 A 说　明　书 3/8 页 进一步的，所述单桥臂集成单相升压逆变器在正弦调制波正半波的每个开关周期 内的工作过程包括如下三种模态： (1)模态1，t0-t1：在t0时刻，开通第二开关管S2、第四开关管S4，交流负载侧通过第 二开关管S2的反并二极管和第四开关管S4续流，第一升压电感L1、第二升压电感L2承受正向 压降，经第二二极管D2和第二开关管S2进行充电，第一升压电感电流iL1、第二升压电感电流 iL2线性上升，到t1时刻，模态1结束； (2)模态2，t1-t2：t1时刻，关断第二开关管S2、第四开关管S4，开通第一开关管S1、第 三开关管S3，交流负载侧通过第一开关管S1和第二开关管S2的反并二极管续流，第一升压电 感L1、第二升压电感L2承受反向压降，经第一二极管D1和第一开关管S1对第一电容C1、直流母 线电容Cdc进行充电，第二二极管D2反向偏置，第一二极管D1正向偏置，第一升压电感电流 iL1、第二升压电感电流iL2线性下降，到t2时刻，模态2结束； (3)模态3，t2-t3：在t2时刻，关断第三开关管S3，开通第四开关管S4，第一升压电感 L1、第二升压电感L2依旧承受反向压降，和直流母线电容Cdc同时向交流负载侧和第一电容C1 供电，到t3时刻，模态3结束。 与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点： 本发明提出的一种CCM单桥臂集成单相升压逆变器，在图1所示的传统Boost集成 式升压逆变器的基础上，仅增加了1个电感、1个电容和1个二极管，就实现了CCM模式下高增 益升压逆变。由于输入电流连续，因而电感和功率管的电流应力和通态损耗会大幅度减小， 且升压能力不会随着负载功率急剧变化，提高了系统可靠性；而且，升压桥臂可以采用PWM 控制来进行调压，因此适用于光伏发电、独立逆变等各种输出功率无法调节、输入电压宽范 围变化的升压逆变场合，应用范围更广。此外，其还具有升压能力强、变换效率较高、电容电 压应力低、结构简单、成本低等优点。 附图说明 图1为