利用LLC谐振电路隔离的光伏并网逆变器设计

经过半个周期谐165现代电子技术2013年第36卷振时Q1 仍处于导通状态。半个周期之后谐振电流开始减小，励磁电流继续线性上升，t1 时刻谐振电流与励磁电流相等。

[ t1 - t2 ]阶段：t1 时刻谐振电流ILr等于励磁电流ILm,变压器原边电压为0,副边电压也为0,副边整流二极管全部截止，原边不再向副边提供能量，励磁电感Lm开始参与谐振。由于Lm 要比Lr 大很多，LLC谐振周期明显变长，所以谐振电流基本不变。t2 时刻Q1 关断。

[ t2 - t3 ]阶段：t2 时刻Q1 关断，此时Q2 也处于关断状态，电路进入死区时间。谐振电流ILr对Q2 的结电容放电，当它的电压降到0时，体二极管导通，变压器原边绕组极性变为上负下正，副边整流二极管D2 、D3 自然导通，励磁电感Lm 电压被输出电压钳位，不再参与谐振。谐振电流开始以2π LrCr 为周期程正弦规律减小，励磁电流线性减小。t3 时刻Q2 零电压开通。

[ t3 - t4 ]阶段：t3 时刻Q2 零电压开通，与第一阶段类似，Lr 、Cr 谐振，谐振电流以正弦形式减小，励磁电流线性减小。t4 时刻谐振电流等于励磁电流。

[ t4 - t5 ]阶段：t4 时刻开始变压器原边电压为0,副边整流二极管全部截止，原边不再向副边提供能量，励磁电感不再被输出电压钳位，开始参与谐振。LLC谐振电流基本不变。

[ t5 - t6 ]阶段：与[ t2 - t3 ]阶段类似，电路进入死区时间，Q1 、Q2 全部关断，谐振电流ILr对Q1 的结电容充电，当它的电压等于电源电压时，体二极管导通，变压器原边绕组极性上正下负，副边整流二极管D1 、D4 自然导通，励磁电感Lm 电压被输出电压钳位，不再参与谐振。

谐振电流开始以2π LrCr 为周期程正弦规律增大，励磁电流线性增大。t6 时刻Q1 零电压开通，开始进入下一个周期。

在[ t1 - t2 ]阶段和[ t4 - t5 ]阶段，假设谐振电流不变，设为Im ,则输出电压Uo 可表示为：

式中：Ui 为输入电压;T 为开关周期;Ts 为Lr 和Cr 谐振时的谐振周期。从式中可以看出，当T = Ts 即fr = fs 时这种情况下[ t1 - t2 ]阶段和[ t4 - t5 ]阶段将不存在，谐振电流是纯粹的正弦波，副边整流电路输出电流临界连续，均方根值最小，开关管导通损耗最小，电路效率最高[8].所以，当LLC电路工作在谐振频率时，效率最高。本文中LLC电路的主要作用就是隔离，在保证隔离的基础上要使效率最高，因此本文中使开关管的开关频率等于谐振频率。

3 最大功率点跟踪控制策略

3.1 最大功率跟踪基本原理

太阳能电池是一种非线性直流电源，它的输出受太阳光照条件的和温度等环境影响非常大。在一定太阳照度和一定结温的条件下，当光伏电池的端电压(电流)发生变化时，其工作点也会沿着曲线变化。但是，一定会存在一个点，使得太阳能电池输出的功率最大。这一点就被称为最大功率点，寻找这一最大功率点的技术就被称为最大功率跟踪技术(Maximum Power Point Track-ing,MPPT)。

在常规的线性系统电气设备中，为了获得最大功率需要使负载的电阻等于电源内阻。但太阳能电池是一个非线性电源，它的内阻受环境影响而不断变化，为了进行负载电阻匹配从而获得最大功率，就需要不断调整负载阻值。DC-DC变换器的等效电阻跟开关管的工作状态有关，因此可以通过调节它的占空比来改变它的等效电阻，使它的等效阻值一直等于太阳能电池的内阻，这样就可以使太阳能电池一直工作在最大功率点。

这就是光伏并网逆变器最大功率跟踪的基本原理。3.2 最大功率跟踪算法

目前常用的最大功率跟踪算法主要有恒定电压跟踪法、扰动观察法、电导增量法等几种，其中电导增量法以优良的跟踪性能倍受青睐。下面简单介绍其工作原理。图4是太阳能电池特性曲线图。由图可以看出，在最大功率点的时候功率曲线斜率为0,即功率P 对电压V 的导数为0,所以有dPdU =0,又因为P=UI，所以：

由上式可知，当输出电导的变化量等于输出电导的负数时，太阳能电池工作在最大功率点。具体实现方法是：通过检测太阳能电池的输出电压和电流，根据上一个采样周期电压和电流的值计算出变化量;然后判断电压的变化量是否为零。若为零，再判断电流的变化量是否为零，若都为零，则表示阻抗一致，则参考电压Vref不变，占空比不变。若电压变化量为零，电流变化量不为零，则表示光照强度有变化，根据电流的变化方向来决定