[0001] 本发明涉及DC/AC变换器技术领域，具体涉及一种基于同步PWM控制的超高电压增益DC/AC变换器。

[0002] 由于光伏极板存在较大的寄生电容，会导致显著的漏电流产生。这些漏电流最终会通过逆变器从光伏极板的正极流回地面，造成相当大的能量损失，并引发电压和电流的畸变，从而降低了电网的电能质量，传统的高增益变换器无法有效地控制这些漏电流。

[0003] 目前的直流变换器通常具有较低的电压增益，这使得它们无法与半桥逆变器进行级联。此外，这些直流变换器的输入电流纹波较大，鉴于光伏极板通常被视为电流源，较大的电流纹波会减少光伏板的输出功率。简而言之，光伏极板的寄生电容问题导致了漏电流和能量损失的增加，同时也影响了电网的电能质量，现有的DC/AC变换器在这方面的表现并不理想，其低电压增益和高电流纹波特性也限制了其在光伏系统中的应用效果。

[0014] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0015] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。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。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

[0016] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0017] 本发明的基于同步PWM控制的超高电压增益DC/AC变换器包括同步PWM调控模块和三端口半桥型逆变单元，所述三端口半桥型逆变单元包括双三端口升压单元。以下对个单元的拓扑进行详细阐述。

[0018] 如图1所示，本发明的同步PWM调控模块通过调节开关管 、开关管 的占空比来调控双三端口升压单元的输出电压，其包括开关管 、开关管 、原边电感 、原边电感、二极管 和电容 ；所述原边电感 第一端连接电源正极，第二端连接开关管 第一端，开关管 第二端连接电源负极；所述原边电感 第一端连接电源正极，第二端连接开关管第一端，开关管 第二端连接电容 第一端，电容 第二端连接原边电感 第二端；所述二极管 正极连接开关管 第二端，负极接电源负极。

[0019] 双三端口升压单元用于实现高压增益，其包括电容 、电容 、电容 、电容 、电容 、电容 、电容 、二极管 、二极管 、二极管 、二极管 、二极管 、二极管、二极管 、副边电感 、副边电感 ；所述电容 第一端和二极管 正极均连接原边
电感 第二端，电容 第二端连接二极管 负极和二极管 正极，二极管 负极连接二
极管 正极和电容 第一端，二极管 负极连接电容 第一端，电容 第二端和电容
第二端均连接副边电感 第一端，副边电感 第二端连接电源负极；电容 第一端连
接电源负极，第二端连接二极管 正极和二极管 负极，二极管 负极连接副边电感
第一端，二极管 正极连接二极管 负极和电容 第一端，电容 第二端连接副边电感
第一端和二极管 负极，二极管 正极连接电容 第一端和副边电感 第二端，二极
管 正极和电容 第二端连接电容 第一端，电容 第二端连接电容 第二端。

[0020] 所述三端口半桥型逆变单元还包括开关管 、开关管 和滤波电感 ，所述开关管 第一端连接电容 第一端，开关管 第一端连接电容 第一端，开关管 第二端连
接开关管 第二端，所述滤波电感 第一端连接开关管 第二端，滤波电感 第二端和
电容 第二端作为三端口半桥型逆变单元的输出端口。

[0021] 其中开关管 、开关管 同时开启，且同时关闭；其中原边电感 与副边电感互相耦合，原边电感 与副边电感 互相耦合。开关管 、开关管 采用工频互补的控制
方式，其中一个开启时，另一个关闭。其中励磁电感 和漏感 分别为原边电感 与副
边电感 之间的励磁电感和漏感；励磁电感 和漏感 分别为原边电感 与副边电感
之间的励磁电感和漏感。

[0022] 二极管 、电容 和电源构成原边电感 的钳位结构；所述电容 、电容 、二极管 、副边电感 、电容 、二极管 、电源组成的原边电感 的钳位结构。

[0023] 连续导通模式各工作模式的等效电路如图2‑图5所示，共四个工作模态。

[0024] 模态一，如图2所示：对开关管 和开关管 施加触发脉冲，开关管 和开关管同时导通。由在此模式下，电容 感应电压为正，电容 和电源一起给励磁电感 充电，励磁电感 仅由电源充电，同时，副边电感 与电容 、电容 一起给电容 充电。在这
种模态下，电容 放电，电容 由副边电感 、副边电感 、电容 、电容 、电容 串
联充电。由于副边电感 漏感的影响，当电容 放电结束，该模态结束，二极管 的电流在低反向恢复情况下达到零。由于开关管 、开关管 采用工频互补的控制方式，当开关管 导通、开关管 关断时，电容 给电网提供能量，当开关管 导通、开关管 关断时，电容 给电网提供能量。

[0025] 在此模态下可以得到如下方程：（1）
（2）
（3）
（4）
模态二，如图3所示：在此模式下，开关管 和开关管 仍处于导通状态，二极管
停止导通。与模态一相同，电容 和电源一起给励磁电感 充电，励磁电感 仅由电
源充电，电容 放电，电容 由副边电感 、副边电感 、电容 、电容 、电容 串联
充电。由于开关管 、开关管 采用工频互补的控制方式，当开关管 导通、开关管 关断时，电容 给电网提供能量，当开关管 导通、开关管 关断时，电容 给电网提供能量。

[0026] 模态三，如图4所示：在该模式下，停止施加触发脉冲，开关管 和开关管 关断，二极管 导通。在这种状态下，原边电感 和电源一起给电容 充电，原边电感 、副边电感 、电源给电容 充电，副边电感 对电容 充电，存储在副边电感 中的能量传
递给电容 和电容 ，即给电容 和电容 充电。当电容 被充满时，该模态结束。由于
开关管 、开关管 采用工频互补的控制方式，当开关管 导通、开关管 关断时，电容
给电网提供能量，当开关管 导通、开关管 关断时，电容 给电网提供能量。

[0027] 在这种模式下，可以得到如下方程：（5）
（6）
（7）
（8）
模态四，如图5所示：在这种模态下，开关管 和开关管 仍处于关断状态，与模态
三相同，原边电感 和电源一起给电容 充电，副边电感 对电容 充电，存储在副边电
感 中的能量传递给电容 和电容 ，即给电容 和电容 充电。此外，原边电感 和
副边电感 、电容 与电源串联一起给电容 充电。由于开关管 、开关管 采用工频互
补的控制方式，当开关管 导通、开关管 关断时，电容 给电网提供能量，当开关管
导通、开关管 关断时，电容 给电网提供能量。

[0028] 在这种模式下，可以得到如下电压方程：（9）
由式（4）、式（9）可得，
（10）
所述二极管 、电容 和开关管 等元器件可构成一个Boost电路，电容 的电
压等于Boost变换器的输出电压，则可得：
（11）
由式（1）‑（9）并对励磁电感 、励磁电感 应用伏秒平衡原理可得，
（12）
（13）
（14）
（15）
最后，将式（13）、式（14）、式（15），代入式（10），可得：
（16）
由式（16）可知，双三端口升压单元的电压增益可以通过调节 、 、 三个参数进
行改变，通过选择适当的 、 、 值，可以达到超高电压增益。

[0029] 输入电源与三端口半桥型逆变单元输入中性点A之间还连接了副边电感 ，二者不共地。若设图1中A点处为0电位，则从B点、C点处分别可以引出正、负极性电压，即从该变换器的双三端口升压单元输出端可引出双极性波。双极性波的正、负极性电压可能相等可能不相等，一般情况下不相等，当 、 、 满足：（17）
双极性波的正、负极性电压相等。

[0030] 其中， 表示电源电压， 表示双三端口升压单元的输出电压， 表示三端口半桥型逆变单元输出交流电压的有效值， 表示双三端口升压单元的电压增益， 表示原边电感 、副边电感 匝数比， 表示原边电感 、副边电感 匝数比， 表示开关管 和
开关管 的占空比， ‑ 分别表示对应电容两端的电压， 、 分别表示励磁电感
在开关管 、开关管 导通与关断时两端的电压， 、 分别表示励磁电感 在开
关管 、开关管 导通与关断时两端的电压。

[0031] 超高电压增益的实现原理如下：在模态一、模态二的状态下，开关管 、开关管 导通，电容 与输入电源给原边
电感 充电，输入电源给原边电感 充电，抬高原边电感 、原边电感 电压。通过伏秒
平衡原理可知，在模态三、模态四的状态下，开关管 、开关管 关断时，副边电感 、副边电感 的电压也被抬高。

[0032] 在模态一的工作情况下，副边电感 与电容 、电容 一起给电容 充电，电容放电，电容 由副边电感 、副边电感 、电容 、电容 、电容 串联充电。

[0033] 在模态二的工作情况下，与模态一相同，电容 放电，电容 由副边电感 、副边电感 、电容 、电容 、电容 串联充电。

[0034] 在模态三的工作情况下，原边电感 和电源一起给电容 充电，原边电感 、副边电感 、电源给电容 充电，副边电感 对电容 充电，存储在副边电感 中的能量
传递给电容 和电容 ，即给电容 和电容 充电。

[0035] 在模态四的工作情况下，与模态三相同，原边电感 和电源一起给电容 充电，副边电感 对电容 充电，存储在副边电感 中的能量传递给电容 和电容 ，即给电容 和电容 充电。此外，原边电感 和原边电感 、电容 与电源串联一起给电容
充电。

[0036] 控制开关管 、开关管 导通与关断，抬高四个电感的电压，再通过上述模态电容间能量的转换，最终使电容 、电容 的电压被抬高，即双三端口升压单元的输出电压被抬高，实现超高电压增益。

[0037] 电容 由原边电感 、副边电感 、电容 与电源串联充电，电容 由副边电感 、副边电感 、电容 、电容 、电容 串联充电，即电容 的电压只与原边电感
、副边电感 有关，电容 的电压则与四个电感均有关，形成不对称充电电路。可以通过调节开关管 、开关管 的占空比和原边电感 与副边电感 的匝数比 来控制电压
，当 、 、 满足：

[0038] 双极性波的正、负极性电压相等。

[0039] 该基于同步PWM控制的超高电压增益DC/AC变换器具有两个主要的钳位结构，一个是二极管 、电容 、电源组成的原边电感 的钳位结构，另一个是电容 、电容 、二极管 、副边电感 、电容 、二极管 、电源组成的原边电感 的钳位结构。

[0040] 在原边电感 的钳位结构中，电容 、二极管 将副边电感 钳位，形成钳位嵌套。由于副边电感 被电容 、二极管 钳位，副边电感 两端电压稳定，可作为原边电
感 的钳位结构的一部分。

[0041] 两组原边电感 、 电压被钳位，即两组原边电感 、 电压稳定，由于电容 、电源的电压均稳定，则开关管 、开关管 也被钳位，有效降低了元器件的电压应力。

[0042] 电源与三端口半桥型逆变单元输入中性点A之间还连接了副边电感 ，二者不共地。漏电流产生的原因是电源与三端口半桥型逆变单元输入中性点存在电势差。在模态一、模态二的状态下，开关管 、开关管 导通，电源负极与三端口半桥型逆变单元输入中性点间的电压相差 。在模态三、模态四的状态下，开关管 、开关管 关断，输入电源负极与三端口半桥型逆变单元输入中性点间的电压相差 。当 较小时，电源与三端口半桥型逆变单元输入中性点的电压变化较小，可抑制漏电流。

[0043] 以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。