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基于软开关技术的DCM光伏微逆变器的研究与实现
摘要：
光伏微逆变器是将光伏发电的直流电能转换为交流电能输出到电网中的重要电力电子设备。然而传统的硬开关技术存在开关损耗大、噪声干扰大等问题。为了解决这些问题，本文提出了一种基于软开关技术的DCM光伏微逆变器。该逆变器采用升压型双向DC-DC拓扑结构，采用零电压切换技术实现软开关，有效降低开关损耗和噪声干扰，并提高电路效率。实验结果表明该逆变器具有较好的性能表现，可以满足光伏发电系统中微逆变器的要求。
关键词：光伏发电；微逆变器；软开关技术；DCM；零电压切换；效率
一、引言
随着能源消费的快速增长和环境问题的日益突出，可再生能源逐渐成为推进可持续发展的关键选择。其中，光伏发电作为一种绿色、清洁的能源形式，由于其稳定性高、寿命长、可靠性强等优点，在能源领域获得了广泛的关注。然而，光伏发电存在的一个重要问题是电力的输出为直流电，需要通过逆变器将其转换为交流电才能接入公共电网。因此，光伏逆变器成为了光伏发电系统的核心组成部分。
在早期的光伏逆变器设计中，采用的是传统的硬开关技术。这种技术在开关过程中存在较大的开关损耗和电磁干扰，进而影响电路的效率和稳定性。为了解决这些问题，近年来，研究人员提出了许多基于软开关技术的光伏微逆变器设计方案。软开关技术利用能量储存元件，在开关过程中实现瞬间零电压或零电流，从而减小开关过程中的损耗和噪声，提高系统效率和稳定性。
本文提出了一种基于软开关技术的DCM（discontinuousconductionmode）光伏微逆变器设计方案。该逆变器采用升压型双向DC-DC拓扑结构，通过零电压切换技术实现软开关，有效减小开关损耗和噪声干扰，同时提高了电路效率。文章将对该设计方案进行详细介绍，并进行实验性能测试，通过测试结果验证该方案的有效性。
二、设计方案
1.升压型双向DC-DC拓扑
本设计采用升压型双向DC-DC拓扑作为微逆变器的主要结构，如图1所示。该拓扑基于单端共振技术，具有高效率、小体积、简单的控制和较强的可靠性等特点。其工作原理为：当开关管Q1导通时，电感L1、二极管D1、电容C1组成的串联谐振电路开始共振，电流不断增加，直至开关管Q1关断。在此过程中，电容的电压逐渐增加。当开关管Q2导通时，串联谐振电路中的电流开始高速流入电感，电容放电，电流开始逐渐减小。通过这样的组合，节点处的电压和电流可以实现无级变化，避免了常规DC-DC拓扑中产生不必要的电压和电流冲击，从而减小与交换机之间的EMI和噪声干扰。
图1升压型双向DC-DC拓扑
2.零电压切换技术
为了实现更佳的软开关效果，本文设计中采用了零电压切换技术。零电压切换技术是一种广泛应用于电力电子领域的软开关技术。在此技术中，开关管的导通和关断被控制在电压为零的状态下进行，实现了开关管基本上等效于一个简单的电阻，从而降低了开关损耗和噪声。
在本设计方案中，使用双开关电容充放电来实现零电压切换。当开关管Q1导通时，电容C1开始充电，同时电容C2开始放电。放电时，电容C2的电压逐渐降低。当Q2后续导通时，由于C2电容电压较低，电感的电流可以快速达到预设值，实现了开关的软开关，从而减小了开关管损耗和电磁干扰。
3.模式控制策略
为了使整个系统高效率、高稳定性地工作，需要采用合适的控制策略。本文设计方案采用电流模式控制策略，通过输出电感电流与输入光伏电流交错地进行控制，实现了稳定的电压输出。控制系统通常采用数位信号处理器（DSP）或嵌入式微控制器实现。通过对电流进行反馈控制，可以实现更好的器件利用率和系统效率。
三、实验结果
为了验证本设计方案中所采用的软开关技术的有效性，我们进行了一系列的实验。首先使用ZVS（zerovoltageswitching）和ZCS（zerocurrentswitching）技术比较实验，结果表明采用ZVS技术可获得更好的开关效果。随后进行了测量、分析和对比实验，比较了传统硬开关逆变器和本文提出的软开关逆变器的损耗、效率和噪声等方面的性能表现。实验结果表明，本文提出的软开关逆变器性能更加优秀，能够有效减少损耗和噪声干扰，提高了整个系统的效率和稳定性。
图2：实验结果
四、结论
本文论文提出一种基于软开关技术的DCM光伏微逆变器设计方案。该方案通过升压型双向DC-DC拓扑结构、零电压切换技术和模式控制策略等技术手段实现了软开关，有效减小了开关损耗和噪声干扰，提高了电路效率和稳定性。实验结果表明，该设计方案在与传统硬开关逆变器对比中表现更佳，具有更好的性能表现，可以应用于光伏发电系统中的微逆变器的设计。
参考文献：
[1]X.Wang,L.Wang,L.Tao,etal.ZerovoltageswitchingforresonantDC-ACpowerconverter.Jour