本发明涉及电路升压技术领域，更具体来讲，涉及一种升压电路及其装置和系统。
背景技术：
光伏发电系统的输入电压在逐步提升，目前已提升到1500v，考虑到成本及其他因素，为了提高系统发电量，其前级升压电路通常采用如图1所示出的飞跨电容型升压电路。当该电路应用于光伏发电领域并形成集散式光伏发电系统时，可能存在由于其他并联的升压电路已经上电从而建立了母线电压的情况。在该情况下，当图1中的光伏组件pv还未接入该升压电路的输入端或光伏组件pv的电压较低时，即低输入电压情况，输入电压低于该升压电路的启动电压，母线电压将反作用于该升压电路，导致第二二极管d2基本要承受全部母线电压，容易导致其损坏，进而具有选型困难或成本偏高的问题。
现有技术通常采用半母线钳位的方法解决上述问题，然而，当升压电路应用于智能汇流箱产品时，由于其输出端的母线电容组不具有中点，因而无法应用上述技术方案。
针对智能汇流箱产品，如何提供一种有效的解决方案，以在低输入电压情况下保护第二二极管，并不影响电路正常工作时的能量利用率，进而方便器件选型，是本案所要解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种升压电路及其装置和系统，其能够解决低输入电压情况下第二二极管易被击穿的问题，且不影响电路的正常工作时的能量利用率。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供一种升压电路，其具有第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端、第一支路、第二支路、第三支路和第四支路；
所述第一支路包括依次串接的电感、第一二极管和第二二极管，其中，电感连接第一二极管的阳极，第一二极管与第二二极管正向串接；所述第二支路包括串接的第一可控开关和第二可控开关；所述第三支路包括第一电容；所述第四支路包括第一tvs管和与其串接的第三开关；
所述电感的一端连接第一输入端，所述第二二极管的阴极连接所述第一输出端；所述第二支路的一端连接电感和第一二极管的公共点，其另一端连接第二输入端和第二输出端；所述第一可控开关和第二可控开关的公共点通过第三支路连接至第一二极管和第二二极管的公共点；
所述第一tvs管的阴极连接所述第一输出端，其阳极连接所述第二二极管的阳极；所述第三开关用以控制由第一tvs管的阳极至第二二极管的阳极间的单向导通。
在某一实施例中：所述第三开关为第三二极管，其阳极连接所述第一tvs管的阳极，其阴极连接所述第二二极管的阳极。
在某一实施例中：所述第三开关为第三可控开关，其两端分别连接第一tvs管和第二二极管的阳极，并用于在电路正常工作时断开。
在某一实施例中：所述第三可控开关为常闭型继电器。
在某一实施例中：还包括第一电阻，其一端连接第四支路上所述第一tvs管和第三开关的公共点，另一端连接所述第二输出端。
为实现上述目的，本发明的第二方面提供了一种升压电路，其具有第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端、第一支路、第二支路、第三支路和第四支路；
所述第一支路包括依次串接的电感、第一二极管和第二二极管，其中，电感连接第一二极管的阳极，第一二极管与第二二极管正向串接；所述第二支路包括串接的第一可控开关和第二可控开关；所述第三支路包括第一电容；所述第四支路包括第二tvs管；
所述电感的一端连接第一输入端，所述第二二极管的阴极连接所述第一输出端；所述第二支路的一端连接电感和第一二极管的公共点，其另一端连接第二输入端和第二输出端；所述第一可控开关和第二可控开关的公共点通过第三支路连接至第一二极管和第二二极管的公共点；
所述第二tvs管为双向tvs管，其两端分别连接所述第一输出端和第二二极管的阳极。
在某一实施例中：还包括第一电阻，其两端分别连接所述第二tvs管和第二输出端。
为实现上述目的，本发明的第三方面提供了一种逆变装置，其包括后级逆变电路和前级电路；所述前级电路采用如上述技术方案中任一项所提供的升压电路；
所述升压电路用于将由其输入端输入的电压升压后从所述输出端输出；
所述逆变电路的输入端耦合该升压电路的输出端，用以将其输出的直流电逆变为交流电。
为实现上述目的，本发明的第四方面提供了一种光伏发电装置，其包括光伏组件、前级电路和后级电路；所述前级电路采用如上述技术方案中任一项所提供的升压电路；
所述光伏组件与升压电路一一对应且与其输入端耦合；所述升压电路用于将光伏组件的输出电压升压后由其输出端输出至后级电路。
为实现上述目的，本发明的第五方面提供了一种光伏发电系统，其特征在于：包括至少两个如上述技术方案所提供的光伏发电装置；其中，若干个光伏发电装置的前级电路的输出端并联后连接至后级电路。
相较于现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明实施例的升压电路，第四支路包括串接的第一tvs管和第三开关，第三开关可采用二极管或继电器，从而在低输入电压情况下使第一tvs管的逆向导通，并通过导通的第三开关将第二二极管的阳极钳位，将其两端的受压值控制在合理范围内，防止其被击穿；而在电路正常工作时，由于第三开关不导通，且第一tvs管的阳极未建立电流回路，也就不会有电流通过，从而使得第四支路在电路正常工作时无电流通过，也就不会影响电路的正常工作，也不会消耗输入端的能量，尤其适用于将升压电路应用于智能汇流箱产品的情景；
(2)本发明实施例的升压电路，由于tvs管正向工作时所能承受的冲击电流较低，因而断开的第三开关还具有在电路上电时保护所述第一tvs管的作用，使其不会在上电时正向工作并承受较大的冲击电流；
(3)本发明实施例的升压电路，还包括第一电阻，其用于在电路正常工作时为tvs管建立电流回路，使得tvs管在该状态下的电压较为稳定；此外，由于第一电阻的阻值较大，因而在电路正常工作时，通过tvs管和第一电阻的电流很小，其所消耗的输入端的能量也很小，基本不影响电路的正常工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是常规的飞跨电容型升压电路结构图；
图2是本发明实施例1的升压电路结构图；
图3是本发明实施例2的升压电路结构图；
图4是本发明实施例3的升压电路结构图；
图5是本发明实施例4的升压电路结构图；
图6是本发明实施例5的升压电路结构图；
图7是本发明实施例6的升压电路结构图；
图8是本发明实施例4的升压电路在正常工作时的电流流向示意图；
图9是本发明实施例7的逆变装置的结构示意图；
图10是本发明实施例8的光伏发电装置的结构示意图；
图11是本发明实施例9的光伏发电系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本发明实施例，本领域的普通技术人员在不作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。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除特别说明外，术语“连接”包含了直接电连接和间接电连接两种连接关系。
实施例1
参照图2，本发明实施例1提供了一种升压电路，具有输入端和输出端。所述输入端包括第一输入端、第二输入端，所述输出端包括第一输出端、第二输出端。
通常来说，本实施例的升压电路可用于各类应用场景，因而其输入端可与各类电源输入装置耦合，以从其接收电源输入。在本发明的各实施例中，均以光伏发电领域的应用场景为例介绍，因而升压电路的输入端耦合光伏组件pv，其将光能转化为直流电能后输入升压电路，通过将其升压以对光能进行有效利用。光伏组件pv的正极连接所述第一输入端，其负极连接所述第二输入端。其他实施例中，将光伏组件的正负极与升压电路的输入关系调换也是可行的。
此外，本发明针对智能汇流箱产品，因而其第一输出端和第二输出端之间设有的输出电容组仅包含一个输出电容c2。值得说明的是，本发明实施例的升压电路应用于光伏发电领域时，通常将输出端称为母线，输出电容称为母线电容。
应当理解的是，本发明不限于上述光伏发电领域的应用场景，因此输入端和输出端的耦合形式不局限于本文中各具体实施例的形式。
实施例1的具体结构中，所述升压电路还包括以下器件：电感l1、第一可控开关q1、第二可控开关q2、第一电容c1、第一二极管d1、第二二极管d2、第一tvs管tvs1和第三二极管d3，以上器件对应连接，并形成第一支路、第二支路、第三支路和第四支路。
所述电感l1、第一二极管d1、第二二极管d2依次串接后构成第一支路。
所述第一可控开关q1和第二可控开关q2串接后构成第二支路。在本实施例中，第一可控开关q1和第二可控开关q2通常采用三极管，如场效应管或igbt。当其采用场效应管时，所述第一可控开关q1的源极连接第二可控开关q2的漏极；当其采用igbt时，所述第一可控开关q1的发射极连接第二可控开关q2的集电极。
除此以外，所述第一电容c1构成第三支路，所述第一tvs管和第三二极管d3串接后构成第四支路。
以下介绍实施例1的升压电路中各支路的具体连接关系：
所述电感l1的一端连接第一输入端，所述第二二极管d2的阴极连接所述第一输出端。所述第二支路的一端(第一可控开关q1的集电极)连接电感l1和第一二极管d1的公共点，其另一端(第二可控开关q2的发射极)连接第二输入端和第二输出端。所述第一可控开关q1和第二可控开关q2的公共点通过第三支路(第一电容c1)连接至第一二极管d1和第二二极管d2的公共点(图中c点)。所述第一tvs管tvs1的阴极连接所述第一输出端，其阳极连接所述第二二极管d2的阳极。所述第三二极管的阳极连接所述第一tvs管的阳极，其阴极连接所述第二二极管的阳极。
通过上述连接以形成本实施例的升压电路后，各支路主要实现如下作用。
在第一支路中，电感l1用于在工作周期中进行储存电能和释放电能的循环，以将输入端的电压升压后输出至输出端。此外，第一支路的两端分别指向输入端和输出端，且其内两个二极管的公共点连接具有电容器件的所述第三支路，用以在相应的器件间形成电流的单向导通特性，防止电能反窜回输入端，造成电能损失。
而包含可控开关的第二支路，用于在正常工作时控制升压电路中各回路的通断，使所述电感l1和下述的第一电容c1对应地处于储存电能和释放电能的状态，从而完成升压过程。本实施例中，所述第一可控开关q1和第二可控开关q2为各类三极管，以通过电子信号快速且方便地控制其通断。
第三支路中的第一电容c1作为飞跨电容，用于在正常工作时储存和释放电能，同样起到对输入电压升压的作用。正常工作时，由于第一电容c1的容量选择，其电压值基本上保持在半母线电压附近，但由于其存在充放电过程，因而其电压值仍会有所波动。
第四支路中的第一tvs管tvs1则用于在所述低输入电压情况下为第二二极管d2提供钳位电压，防止其被击穿，下文将详述其工作原理。而所述第三二极管d3，其作用相当于一第三开关，用以控制由第一tvs管tvs1的阳极至第二二极管d2的阳极间的单向导通，从而在电路上电时保护所述第一tvs管tvs1，并使第四支路不影响电路的正常工作。
由于本发明的升压电路在正常工作时，其对输入电压升压的具体工作过程和原理已为本领域技术人员的公知常识，本发明便不再赘述。以下具体介绍其如何在所述低输入电压情况下防止第二二极管d2被击穿，并使得升压电路在正常工作时的能量转化率保持较高水平。
在所述低输入电压情况下，由于第一tvs管tvs1的阴极连接所述第一输出端，阳极通过第三二极管d3连接至第二二极管d2的阳极，因而在将第一tvs管tvs1的钳位电压参数选择在合适值时，可使其逆向工作并产生一定的压降，从而在其阳极端提供一稳定的钳位电压，并通过所述第三二极管d3对第二二极管d2的阳极的电压进行钳位，使得第二二极管d2两端所承受的电压得以低于其所选的耐压值，在常规成本下仍然能够保证第二二极管d2不被击穿，方便其低成本选型。此外，由于tvs管能够在逆向工作时承受较大的冲击电流，因而其稳定性较佳。
本实施例中，当母线电压达到1500v时，那么第一tvs管tvs1的钳位电压可选为1000v，在所述低输入电压情况下，a点电压为母线电压和第一tvs管tvs1的钳位电压的差值，即为500v；a点电压通过第三二极管d3加载至c点，使得第二二极管d2的阳极电压为500v，由于第二二极管d2的阴极电压即为母线电压1500v，因而其所需承受的电压为1000v，只需选择耐压值为1200v左右的二极管即可，满足选型的成本要求。
值得说明的是，由于tvs管正向工作时所能承受的冲击电流较低，因而第三二极管d3还具有在电路上电时保护所述第一tvs管tvs1的作用，否则在电路上电时产生的较大电流会使在第四支路上由c点向a点传递，该较大电流容易导致第一tvs管tvs1在正向工作时损坏。
在电路正常工作时，由于第一电容c1两端的电压通常被维持在半母线电压附近波动，因而c点电压通常在半母线电压至母线电压间波动，当将第一tvs管tvs1的钳位电压参数一般选择高于母线电压的一半时，在电路的整个正常工作周期中，c点电压基本上不会低于a点电压。因而，第四支路由c点至a点的导通会被所述第三二极管d3截止，这样第一tvs管tvs1虽然可能逆向导通，但由于其阳极未建立电流回路，也就不会有电流通过，这意味着第四支路在电路正常工作时无电流通过，也就不会影响电路的正常工作，也不会消耗输入端的能量。
综上，本实施例通过采用第一tvs管tvs1和第三二极管d3构建第四支路，使其在所述低输入电压情况下能为第二二极管d2提供钳位电压，可以有效解决第二二极管易被击穿的问题，且基本不影响电路的正常工作，尤其适用于将升压电路应用于智能汇流箱产品的情景。
实施例2
参照图3，实施例2是实施例1的变形实施例，其与实施例1的区别在于将第四支路上的第三二极管d3替换为第三可控开关k1，其两端分别连接第一tvs管和第二二极管的阳极。不言而喻的，其作用与所述第三二极管d3完全相同，即作为一第三开关，用以控制由第一tvs管tvs1的阳极至第二二极管d2的阳极间的单向导通，从而在电路上电时保护所述第一tvs管tvs1，并使第四支路不影响电路的正常工作。
自然的，所述电路还应该包括控制器，其用于在电路正常工作时控制该第三可控开关k1断开，而在所述低输入电压情况下控制该第三可控开关k1闭合。优选的，第三可控开关k1采用常闭型继电器，从而只需在正常工作时控制其断开即可。
由于第三可控开关k1相应地闭合或断开后，其与实施例1的第三二极管在电路中所起作用相同，实施例2的工作原理与实施例1也基本相同，因而便不再对其赘述。
实施例3
参照图4，实施例3也是实施例1的变形实施例。在实施例3中，直接采用了被配置为双向tvs管的第二tvs管tvs2替换实施例1中的单向tvs管，由于其相当于两个单向tvs管串接，而单向tvs管在正向工作时可相当于普通二极管，因而实施例3的工作原理与实施例1也基本相同，本文也不再对其赘述。
实施例4
参照图5和图8，实施例4在实施例1的基础上进行改进，电路还包括第一电阻r1，其一端连接第四支路上所述第一tvs管和第三二极管d3的公共点，另一端连接所述第二输出端。
在实施例1中已经提及，由于第四支路由c点至a点的导通会被第三二极管d3截止，这样第一tvs管tvs1虽然可能逆向导通，但由于其阳极无法建立电流回路，也就不会有电流通过，这虽然不会影响电路的正常工作，也不会消耗输入端的能量，但未有电流持续通过会使得tvs管两端的电压不稳定。因而，实施例4引入的第一电阻r1，其作用即在于为第一tvs管tvs1建立电流回路。
如图8所示，实施例4的电路在正常工作时，当母线电压高于第一tvs管tvs1的钳位电压参数时，第一tvs管tvs1逆向导通，且由于第三二极管d3截止，因而电流会从第一电阻r1流过，从而使得第一tvs管tvs1在该状态下的电压较为稳定。
值得说明的是，由于第一电阻r1的阻值通常被选型为具有兆欧级的阻值，因而在电路正常工作时，通过第一tvs管tvs1和第一电阻r1的电流很小，其所消耗的输入端的能量也很小，基本不影响电路的正常工作。
实施例5-6
参照图6和图7，其分别对应实施例5和实施例6。实施例5和实施例6分别在实施例2和实施例3的基础上改进，具体的，在实施例5中，电路还包括第一电阻r1，其一端连接第四支路上所述第一tvs管和第三可控开关k1的公共点，另一端连接所述第二输出端；而在实施例6中，电路还包括第一电阻r1，其两端分别连接所述第二tvs管tvs2和第二输出端。
不言而喻的，实施例5和实施例6的改进部分与实施例4相对于实施例1的改进相同，其作用和原理也完全相同，即通过建立回路，起到稳定tvs管在正常工作时的电压的作用，本文便不再对其赘述。
实施例7-9
以下通过实施例7-9介绍上述升压电路的具体应用，当然，其具体的应用场景并不限于这些实施例。
参照图9，本发明实施例7提供了一种逆变装置，其包括前级电路和后级逆变电路。所述前级电路采用上述技术方案所述的升压电路。
所述升压电路用于将由其输入端输入的电压升压后从所述输出端输出，所述逆变电路的输入端耦合该升压电路的输出端，用以将其输出的直流电逆变为交流电。
参照图10，本发明实施例8提供了一种光伏发电装置，其包括光伏组件pv、前级电路和后级电路；所述前级电路采用如上述技术方案所述的升压电路。
所述光伏组件pv与升压电路一一对应且与其输入端耦合；所述升压电路用于将光伏组件pv的输出电压升压后由其输出端输出至后级电路。
参照图11，本发明实施例9提供了一种光伏发电系统，包括至少两个如实施例4所提供的光伏发电装置；其中，若干个光伏发电装置的前级电路的输出端并联后连接至后级电路，从而构成集散式光伏发电系统。
实施例7-9的装置和系统，由于采用了前述实施例的升压电路，因而其继承了该升压电路的全部优势。
上述说明书和实施例的描述，用于解释本发明保护范围，但并不构成对本发明保护范围的限定。通过本发明或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对本发明实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种升压电路，其特征在于：具有第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端、第一支路、第二支路、第三支路和第四支路；
所述第一支路包括依次串接的电感、第一二极管和第二二极管，其中，电感连接第一二极管的阳极，第一二极管与第二二极管正向串接；所述第二支路包括串接的第一可控开关和第二可控开关；所述第三支路包括第一电容；所述第四支路包括第一tvs管和与其串接的第三开关；
所述电感的一端连接第一输入端，所述第二二极管的阴极连接所述第一输出端；所述第二支路的一端连接电感和第一二极管的公共点，其另一端连接第二输入端和第二输出端；所述第一可控开关和第二可控开关的公共点通过第三支路连接至第一二极管和第二二极管的公共点；
所述第一tvs管的阴极连接所述第一输出端，其阳极连接所述第二二极管的阳极；所述第三开关用以控制由第一tvs管的阳极至第二二极管的阳极间的单向导通。
2.如权利要求1所述的升压电路，其特征在于：所述第三开关为第三二极管，其阳极连接所述第一tvs管的阳极，其阴极连接所述第二二极管的阳极。
3.如权利要求2所述的升压电路，其特征在于：所述第三开关为第三可控开关，其两端分别连接第一tvs管和第二二极管的阳极，并用于在电路正常工作时断开。
4.如权利要求3所述的升压电路，其特征在于：所述第三可控开关为常闭型继电器。
5.如权利要求1-4中任一所述的升压电路，其特征在于：还包括第一电阻，其一端连接第四支路上所述第一tvs管和第三开关的公共点，另一端连接所述第二输出端。
6.一种升压电路，其特征在于：具有第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端、第一支路、第二支路、第三支路和第四支路；
所述第一支路包括依次串接的电感、第一二极管和第二二极管，其中，电感连接第一二极管的阳极，第一二极管与第二二极管正向串接；所述第二支路包括串接的第一可控开关和第二可控开关；所述第三支路包括第一电容；所述第四支路包括第二tvs管；
所述电感的一端连接第一输入端，所述第二二极管的阴极连接所述第一输出端；所述第二支路的一端连接电感和第一二极管的公共点，其另一端连接第二输入端和第二输出端；所述第一可控开关和第二可控开关的公共点通过第三支路连接至第一二极管和第二二极管的公共点；
所述第二tvs管为双向tvs管，其两端分别连接所述第一输出端和第二二极管的阳极。
7.如权利要求6所述的升压电路，其特征在于：还包括第一电阻，其两端分别连接所述第二tvs管和第二输出端。
8.一种逆变装置，其特征在于：包括后级逆变电路和前级电路；所述前级电路采用如权利要求1-7中任一项所述的升压电路；
所述升压电路用于将由其输入端输入的电压升压后从所述输出端输出；
所述逆变电路的输入端耦合该升压电路的输出端，用以将其输出的直流电逆变为交流电。
9.一种光伏发电装置，其特征在于：包括光伏组件、前级电路和后级电路；所述前级电路采用如权利要求1-7中任一项所述的升压电路；
所述光伏组件与升压电路一一对应且与其输入端耦合；所述升压电路用于将光伏组件的输出电压升压后由其输出端输出至后级电路。
10.一种光伏发电系统，其特征在于：包括至少两个如权利要求9所述的光伏发电装置；其中，若干个光伏发电装置的前级电路的输出端并联后连接至后级电路。
技术总结