基于耦合电感与开关电容单元的高增益DC/DC变换器

提出一种基于耦合电感与开关电容单元的高增益DC/DC变换器.将开关电容单元集成到电路拓扑中,并拓展至n个,提高该变换器调节增益的自由度,使其不仅能通过改变耦合电感匝比来调节电压增益,还能通过增减开关电容单元来改变电压增益.耦合电感中漏感的电流不能突变,使得二极管的反向恢复问题得以解决.漏感能量通过无源箝位电路得到了很好的吸收,进而降低了开关管的电压应力,提高了变换器的效率和可靠性.分析了所提电路拓扑的工作原理,并对比分析了变换器的性能特点.最后,制作了一台输入电压为20～40 V,输出电压为380 V,额定功率为300 W的样机进行实验验证.主要工作波形与理论分析基本一致,且实测最高效率为95.4％,从而验证了理论分析的正确性与所提变换器的可行性.     

新型二次型高增益DC/DC变换器及特性研究

新能源发电系统普遍存在输出电压较低的问题,一定程度上限制了新能源的发展,因此研究一款高升压比的DC/DC变换器具有重要意义。为提高DC/DC Boost变换器的电压增益,在传统二次型变换器的基础上引入开关电容和开关电感技术,提出一种新型二次型高增益Boost变换器。详细阐述了新型变换器的拓扑结构和工作原理;获得了变换器的电压增益以及各个器件的电压应力,并与其他的高增益DC/DC变换器进行对比分析;最后采用SiC器件制作了一台实验样机,验证了理论分析的正确性。结果表明,提出的变换器具有高升压比、低器件应力等优点,实现了电压增益与器件应力的良好平衡,适用于新能源系统。     

基于开关电容的高电压增益DC/DC变换器研究

高电压增益DC/DC变换器正越来越多地应用于太阳能光伏或其他可再生能源发电系统。良好的稳态和动态性能,以及更高的效率,是上述应用选取变换器的先决条件。为此,这里提出一种基于开关电容技术的高电压增益DC/DC变换器。首先,详细阐述了基于开关电容的高电压增益DC/DC变换器的拓扑结构与工作原理;然后,在此基础上,对其电路参数进行了设计;最后,制作了试验样机对其进行试验验证。试验结果表明,所提变换器拓扑结构简单,在占空比较小的情况能够获得高电压增益,且对半导体元件的电压应力低。此外,该变换器的电感与输入电源串联,因此可以实现连续的输入电流。     

交错控制双Boost型DC/DC变换器

提出一种交错控制双Boost型变换器,其包含有2个Boost单元,对应开关管的驱动信号相位差180°。对其在1个开关周期内的6种开关模态的开关通断情况和主要电压、电流的变化情况进行了详细介绍,并对变换器的性能特点进行了深入分析。实验结果表明该变换器具有以下特点:控制简单可靠,有现成的控制芯片可用;有源和无源器件都能实现软开关,不增加开关的电流、电压应力;与传统的Boost型DC/DC变换器相比,在输入、输出条件相同的情况下,输入电感和输出电容都可以减小,这是因为其输入电感电流和输出电压纹波频率都为开关频率的2倍,达到了倍频的效果。     

一种交叉倍压型高增益DC/DC变换器

针对光伏发电、燃料电池发电等领域对高增益直流变换器的需求,以两相交错并联升压变换器为研究对象,由2个含有电感的倍压单元组合设计出实现电压提升的交叉倍压结构,据此提出了一种新颖的交叉倍压型高增益DC/DC变换器。该变换器可实现(3n+4)/(1-d)倍的高电压增益(1∶n为耦合电感匝数比,d为变换器占空比),且具有电路器件的低电压应力特性。对于漏感引起的开关管电压尖峰问题,引入了钳位电容构成释放漏感能量通道,同时提升了输出电压。介绍了新型交叉倍压型高增益变换器的拓扑结构,分析了变换器各模态的工作过程,推导了电压增益、输入电流纹波及各器件电压应力等稳态特性,并搭建样机进行实验研究,验证了该直流变换技术方案的可行性和先进性。     

多单元开关电感/开关电容有源网络变换器

高增益DC/DC变换器被广泛的应用于绿色能源发电、不间断电源(uninterrupted power supply,UPS)等工业场合。讨论常见高增益电路中开关电感、开关电容单元各自的优缺点,对有源网络升压变换器及传统Boost电路进行一系列性能对比,并在这些基础上衍生出多单元开关电感/开关电容有源网络升压变换器。该变换器结合了开关电感、开关电容单元以及有源网络结构各自的优点,与现有的高增益变换器相比,此变换器升压能力更高,功率器件电压/电流应力更小。在理论研究的基础上,实验结果验证了多单元开关电感/开关电容有源网络升压变换器的优点。     

基于Sepic的单开关高增益DC/DC变换器

为解决传统耦合电感型升压变换器电压增益低、输入电流纹波大等缺点.将传统的Sepic变换器与耦合电感、开关电容两种电压增益提升单元组合,提出了一种新型的高增益变换器.该变换器在提高电压增益的基础上削弱了MOS管漏、源极间于振荡所产生的电压尖峰,并且保留了Sepic变换器输入电流连续的优点,适合应用在可再生能源系统中.首先利用耦合电感替换Sepic变换器中的输出电感,随后引入开关电容单元与无源箝位电路,增加电压增益的同时还解决了漏感问题,漏感能量得到了循环利用,从而进一步提高了变换器效率.详细分析了该新型高增益变换器的工作原理,并且在实验室构建了一台额定功率为200 W的实验样机,实验结果成功验证了所提变换器原理分析的正确性与可行性.     

一种低输入电流纹波高增益软开关DC-DC变换器

针对新能源发电系统输出电压低、电压稳定性差等问题，提出一种非隔离型低输入电流纹波高增益软开关直流变换器。该变换器结合有源钳位技术和耦合电感与二极管-电容倍压结构，提高了变换器的电压增益，降低了开关器件的电压应力。耦合电感自身漏感有效缓解二极管反向恢复问题，并通过有源钳位网络回收利用了漏感的能量，开关管无关断电压尖峰。利用耦合电感漏感，所有开关管均实现了零电压软开关，提高了变换器的效率。详细分析了变换器的拓扑结构与工作原理，并对电压增益、器件电压电流应力、软开关等电路性能进行了分析。最后，搭建了一台40 V输入、400 V输出、额定功率为160 W的试验样机，实验验证了该变换器具有低输入电流纹波、高电压增益、高变换效率和低电压应力等优点。     

一种改进的电压跟随PFC Cuk AC／DC变换器

提出了一种改进的电压跟随PFC Cuk AC/DC变换器,其输入电感工作在不连续导电模式（DCM）,从而实现功率因数校正（PFC）功能。在本电路中,采用由两个储能电容组成的开关电容网,从而使电容的电压应力减小,并且提高了变换器的功率因数校正能力,其输出电感工作在连续导电模式（CCM）,从而降低了器件的应力,同时减小了开关损耗和输出电流波纹。论述了输入电感工作在DCM模式的Cuk变换器的功率因数校正能力及所提出的电路的工作原理;推导出了其输入与输出电感工作的临界条件,MATLAB仿真与实验结果证实了理论分析的正确性。     

改进型三态开关交错并联高增益DC/DC变换器

研究了一种改进型三态开关高电压增益变换器。在输入并联-输出串联交错控制变换器基础上,将耦合电感初级引入变换器输入端,有效抑制输入电流纹波,实现输入电流自动均流的效果;两个耦合电感的次级与电容、电感构成电压倍增单元串联接入输出端,进一步提升变换器电压增益。该拓扑结构中两个串联的输出电容,既能回收再利用耦合电感的漏感能量,又能箝位开关管的漏源电压,减小开关管的电压应力,有利于选取低电压等级、低导通阻抗的开关器件,有助于减小功率管的导通与关断损耗。通过合理的漏感设计有效抑制了二极管的反向恢复问题,实现开关管零电流开关(ZCS)导通降低开关损耗。详细分析了所提变换器的工作原理与稳态工作特性,实验结果验证了理论分析的正确性。     

An interleaved high step‐up DC‐DC converter with double boost paths

This paper proposed a novel high step‐up converter with double boost paths. The circuit uses two switches and one double‐path voltage multiplier cell to own the double boost and interleaved effects simultaneously. The voltage gain ratio of the proposed DC‐DC converter can be three times the ratio of the conventional boost converter such that the voltage stress of the switch can be lower. The high step‐up performance is in accordance with only one double‐path voltage multiplier cell. Therefore, the number of diodes and capacitors in the proposed converter can be reduced. Furthermore, the interleaved property of the proposed circuit can reduce the losses in the rectifier diode and capacitor. The prototype circuit with 24‐V input voltage, 250‐V output voltage, and 150‐W output power is experimentally realized to verify the validity and effectiveness of the proposed converter. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种电源-电容串联型直流变换器

提出了一种电源-电容串联型直流变换器,这种拓扑结构可以同时为两路直流电源升压,并且有效降低了半导体器件的电压与电流应力。与双路Boost型直流变换器相比,该电源-电容串联型直流变换器在不增加功率器件数量的前提下,显著降低了半导体器件的电压与电流应力,适用于分布式光伏并网逆变器的直流变换级。主要涉及该直流变换器的运行方式、电压与电流应力分析、效率对比,并通过实验验证了该直流变换器的可行性。     

一种L-R复合型桥式DC/DC变换器

提出了一种L-R复合型桥式DC/DC变换器。该变换器在传统半桥LLC谐振变换器的基础上,仅增加一组L桥臂,有高、低2种电压增益模式。在高电压增益模式,采用脉冲宽度调制,通过L桥臂对电感线性储能,获得了比传统LLC谐振变换器更高的电压增益,具有更宽的输出电压范围,且电压增益受励磁电感影响小,电路工作无回馈电流。在低电压增益模式,采用脉冲频率调制,电压增益特性与传统LLC谐振变换器接近,但有更小的回馈电流和循环电流。详细分析了所提拓扑2种电压增益模式的工作原理,推导出增益公式,并与传统拓扑进行对比。最后搭建了一台输入电压为220 V、输出电压为100~160 V的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于飞跨电感的高升压比级联式DC/DC变换器

高升压比DC/DC变换器在微电源并网、不间断电源以及车载电源等场合均有广泛应用。飞跨电感模块,既具有升、降压能力,又可以实现能量双向流动。利用多个飞跨电感模块输入、输出端串、并联组成共正极、共负极和不共地3种不同结构的级联式高升压比DC/DC变换器,其均可在较合适的占空比下维持较低的电流应力,获得高电压增益。模块间采用载波移相调制可以减小模块输入侧电流纹波、变换器输出电压纹波和输出滤波电容容值。详细介绍了飞跨电感模块和DC/DC变换器的结构及工作原理,并以其中不共地变换器拓扑为例通过仿真和实验验证了其正确性。所提变换器具有电压增益便于调节、扩容方便和应用范围广等优点。     

A New High Step-Up DC/DC Converter Structure by Using Coupled Inductor with Reduced Switch-Voltage Stress

In this paper, a new high step-up DC/DC converter for renewable energy systems is proposed, which provides high voltage gain by using a coupled inductor without having to have high-duty cycle and high-turn ratio. Moreover, the voltage gain increased by using capacitors charging techniques. In the proposed converter, the energy of leakage inductors of the coupled inductor is recycled to the load. This feature not only reduces stress on main switch but also increases the converter efficiency. Also, due to the configuration of the proposed structure, the voltage stress on the main switch is significantly reduced. Since the stress is low in this topology, low voltage switch with small ON-state resistance value can be used to reduce the conduction losses. As a result, losses decrease and the efficiency increases. Meanwhile, the main switch is placed in series with the source and it can control the flow of energy from source to load. The operating principles and steady-state analysis of the proposed converter are discussed in details. Finally, the prototype circuit with 12 V input voltage, 300 V output voltage, and 60 W output power is operated to verify its performance.     

一种新型临界模式控制的变频软开关全桥DC/DC变流器

储能电感位于原边的全桥DC/DC变流器(full bridgeconverter with primary side energy storage inductor,FB-PESI),采用传统的固定频率、移向控制(phase-shift,PS)方式时主要工作于断续导通模式(discontinuous conductionmode,DCM),不适合应用于宽范围电压输入的场合。为克服PSFB-PESI变流器的这一缺点,提出一种新型的采用变频(variable frequency,VF)控制策略的FB-PESI DC/DC变流器(VFFB-PESI)。该VFFB-PESI变流器不仅保留了PSFB-PESI变流器宽范围软开关、高效率、高功率密度的优点,还可始终工作于临界导通模式(critical continuous operation mode,CrCM),从而在宽输入电压范围内均可获得较高的变换效率。同时给出了针对该VFFB-PESI变流器的损耗分析方法和优化设计流程。通过制作的300 W、200~400 V输入、12 V输出样机实验,验证了理论分析的正确性。     

适于可再生能源发电储能系统中的双向直流变换器

研究了一种交错式双向直流变换器,该变换器工作在Boost方向时输入端进行交错并联,减小了输入电流纹波,输出端进行交错串联,提高了升压变比;工作在Buck方向时,输入端进行交错串联,输出端进行交错并联,因此该模式下具有较大的降压变比,同时减小了输出电流纹波。另外,在两种工作模式下,功率器件的电压应力都得到了降低。详细地分析了该变换器在两种模式下的工作原理及稳态特性,最后给出了实验结果以验证理论分析的正确性。     

基于神经网络拟合显式MPC的高增益直流变换器

针对燃料电池、风力发电等新型能源系统输出电压较低的问题,提出一种具有拟合显式模型预测控制(model predictive control, MPC)的高增益、高效率直流变换器。该变换器具有非隔离型三绕组耦合电感基本单元结构,通过改变匝数比,在合适占空比下实现高增益,同时也降低了开关器件应力。此外,所提变换器采用无源钳位电路,回收漏感能量,抑制了开关管的电压尖峰。为了提高所提变换器的动态性能及抗扰能力,利用神经网络离线拟合显式MPC控制规律的策略,提高了输出电压跟踪精度,减小了输入电压变化和负载变化带来的扰动,具有良好的动态响应。最后在理论分析的基础上,制作出了一台输入10~12 V、输出100 V/100 W的实验样机,实验结果验证了所提变换器的有效性。     

A soft‐switching high step‐up DC‐DC converter with a single magnetic component

A soft‐switching high step‐up DC‐DC converter with a single magnetic component is presented in this paper. The proposed converter can provide high voltage gain with a relatively low turn ratio of a transformer. Voltage doubler structure is selected for the output stage. Due to this structure, the voltage gain can be increased, and the voltage stresses of output diodes are clamped as the output voltage. Moreover, the output diode currents are controlled by a leakage inductance of a transformer, and the reverse‐recovery loss of the output diodes is significantly reduced. Two power switches in the proposed converter can operate with soft‐switching due to the reflected secondary current. The voltages across the power switches are confined to the clamping capacitor voltage. Steady‐state analysis, simulation, and experimental results for the proposed converter are presented to validate the feasibility and the performance of the proposed converter. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

适合大电流输入高压输出的软开关直流变换器

首先,提出了一种LLC谐振的软开关直流变换器,其中原边包含4个开关管、2个变压器绕组和1个耦合电容,并利用耦合电容构造了2个变压器绕组同时工作的回路,实现了两者的均流;副边包含2个二极管和2个谐振电容,构成了一个谐振式倍压电路;然后,利用变压器漏感、励磁电感和谐振电容产生LLC谐振来传递能量,各开关管能实现零电流开通,二极管零电流关断,且承受的反向电压为输出电压,关断损耗也很小;最后,分析了电路各阶段的工作原理,推导了电压增益特性,并设计了一款22~28 V输入、360 V输出、额定负载800 W的样机。实验测试结果证明,电路最高效率达到93.5%,同时也证明了电路的有效性。