临界模式混合光伏微型逆变器的特性分析
华南理工大学电力学院、深圳茂硕电气有限公司的研究人员张峰、谢运祥、胡炎申、陈刚、王学梅，在2020年第6期《电工技术学报》上撰文，对临界模式（BCM）混合光伏微型逆变器的特性进行了详细分析。
该新型电路拓扑为非隔离虚拟直流母线结构，一方面，继承了升压-反激变换器的低变压器匝比、低漏感量、低电压应力等优点；另一方面，还具有反激变换器的降压特性。利用混合变换器在BCM的自然谐振特性，实现了主开关管的零电压或者谷压软开关，以及整流二极管的零电流软开关。
升压-反激变换器还提供了固有的无损吸收电路，使变压器的漏感能量得以利用，并实现了主开关管关断电压尖峰的钳位。上述特性使混合逆变器具有比传统的反激逆变器更小的变压器体积和更高的变换器效率。文中介绍了其工作原理，同时，推导了一种参考电流数学公式，以保证高的并网电流质量。
随着光伏电池技术的快速发展，光伏模块成本的不断降低以及电力电子技术的进步，分布式光伏发电系统相比其他可再生能源系统表现出极强的市场竞争力。光伏微型逆变器，也称为光伏交流模块式逆变器，因具有发电量高、安全性好、制造成本低、安装维护方便、支持“即插即用”、系统容量易于扩展等优点，在分布式光伏发电系统中逐渐被采用。
基于虚拟直流母线结构的反激式微型逆变器，输入输出隔离、结构紧凑、控制简单，近年来成为研究热点。华南理工大学电力学院、深圳茂硕电气有限公司的研究人员对相关研究成果进行分析，针对当前研究中的不足，将一个开关管和一个二极管集成于升压-反激变换器，构建了一种非隔离虚拟直流母线混合微型逆变器。并且，基于具有软开关特性的BCM峰值电流控制，对该新型电路拓扑的特性进行了详细的分析。
图1 混合微型逆变器
图2 主电路及控制框图
该电路拓扑在半工频周期内交替工作于升压-反激（Boost-Flyback, BF）模式和反激（Flyback, F）模式：当工作于BF模式时，在低的变压器匝比和漏感量下，获得了高的电压增益和低的电压应力，此外，还提供了固有的无损吸收电路，漏感能量得以回收利用，实现了主开关管的电压钳位；F模式解决了BF模式不能降压的问题，使得在直流母线处产生直流正弦全波（馒头波）成为可能。介绍了该电路拓扑的工作原理，并推导了一种参考电流数学公式以获得理想的并网电流。
图4 实验样机
该新型电路拓扑本质上通过引入反激模式将升压-反激变换器应用于基于虚拟直流母线结构的微型逆变器领域。采用的模式过渡开关网络（一个开关管和一个二极管）仅工作于倍工频，不会增加过多的开关损耗和成本。大部分时间工作于升压-反激模式，可自然地实现升压-反激模式与反激模式之间的平滑过渡。
理论分析和实验结果都表明，相比传统的BCM反激微型逆变器，除了具有高升压比和软开关特性外，该逆变器还具有：1）低的变压器匝比和漏感量，降低了变压器体积，提高了变压器利用率；2）低的电压应力，包括低的理想电压应力和低的漏感尖峰电压；3）固有的无损吸收电路，无需外加电路元件；4）较高的变换器效率。