耦合电感二次型高增益Boost变换器

为解决二次型Boost变换器功率器件电压应力大以及耦合电感Boost变换器开关管电压尖峰高的问题,结合二次型Boost变换器和耦合电感Boost变换器的特点,提出一种耦合电感二次型高增益Boost变换器。该变换器能够吸收漏感能量,抑制开关管两端的电压尖峰,且能将漏感能量向负载传递,提高了变换器的工作效率;通过引入桥式倍压单元,在提高变换器电压增益的同时,可将耦合电感副边线圈两端的交流电压整流为直流电压,降低了输出二极管的电压应力;通过合理设计耦合电感的耦合系数,可实现功率开关管的零电流开关以及输出二极管的零电流关断,提高了变换器的工作效率;该电路拓扑中所有功率器件的电压应力均低于输出电压,可选取低耐压、低寄生参数的功率器件,降低了变换器的成本。最后搭建了额定功率100 W的实验样机,实测额定功率下变换器的效率达到92%,实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种耦合电感型准开关Boost变换器

将耦合电感和开关电容结构同时应用到准开关Boost变换器中,提出了一种新型的耦合电感型准开关Boost变换器.在开关占空比一定的范围内,该电路可以通过改变耦合电感匝数比的方式来提高变换器的电压增益能力.由于该拓扑中无源钳位电路结构的存在,耦合电感漏感的能量能够被输出端回收利用,有效降低了开关管电压尖峰,从而提高了变换器的效率.详细介绍了该变换器的工作原理并对稳态性能进行了分析,同时与其它三种相关变换器进行对比.最后,根据仿真结果搭建实验电路,验证了所提出变换器理论分析的正确性和可行性.     

基于新型耦合电感倍压单元的高增益变换器

提高直流变换器的电压增益可以增加变换器的输入和输出电压范围,使其应用场合更加广泛。本文提出两种具有高增益的耦合电感倍压单元,通过改变耦合电感的匝比N可以大幅提高变换器的电压增益。分析了CLC和LCL耦合电感倍压单元的工作原理,给出了耦合电感倍压单元拓扑及其组合拓展结构。并将CLC耦合电感倍压单元拓扑结构应用于传统Boost电路中,分析了基于CLC耦合电感倍压单元Boost变换器工作模态,给出了变换器主要工作波形,推导了变换器的电压增益、开关管和二极管电压应力表达式。理论分析表明,CLC耦合电感倍压单元的Boost变换器具有较高的电压增益,并且开关管的电压应力并没有因为电压增益的提高而增加。实验样机采用接近全耦合的罐型磁心和漏感较大的环形磁心进行对比测试,实验结果与理论分析一致,在全耦合情况下变换器的电压增益提升最大。     

耦合电感式开关准Z源双向直流变换器

针对电动汽车的多源系统应用背景,本文提出一种应用于超级电容的耦合电感式开关准Z源双向直流变换器.在传统的开关准Z源拓扑基础上,通过将开关准Z源网络中的电感进行耦合,从而减小所需的总电感量与磁芯体积,进一步提高变换器的功率密度.本文对电感耦合后的开关准Z源变换器进行了运行原理及稳态分析,对所提电感耦合方案进行了理论分析与参数设计,并与分离式电感进行了比较,最后通过样机实验验证了理论分析的正确性.     

并联型双耦合绕组反激式单级PFC变换器

在双耦合绕组反激式单级PFC变换拓扑的基础上,引入并联功率传递单元,提出一种并联型双耦合绕组反激式单级PFC变换拓扑.该拓扑通过在Boost电感上增加二次绕组,使部分能量直接由Boost电感传给负载,从而提高了变换器的效率,并且能够限制中间储能电容电压和减小开关器件的电压电流应力.本文详细分析了该变换拓扑的工作原理和稳态特性,讨论了变换器的参数设计.150W/24V样机实验结果表明该拓扑具有高效率、高功率因数、低开关电压应力等特点.     

低电压电流应力的有源钳位ZVS软开关技术

有源钳位零电压开关(zero-voltage switching,ZVS)软开关拓扑被广泛应用到DC/DC变换器实现开关管零电压开通。传统有源钳位软开关拓扑存在电压、电流应力大且占空比丢失严重的问题,制约了其在大功率DC/DC变换器中的应用。该文提出改进的有源钳位软开关拓扑,在传统拓扑基础上增加由二极管与辅助电感组成的电流转移电路,使二极管电流应力、钳位电压及占空比丢失均减小一半,提高变换器效率及可靠性。分析所提有源钳位软开关拓扑应用于Buck变换器及Boost变换器的工作原理,并对拓扑进行性能分析及参数设计。最后,在功率为1.2k W的Buck变换器及Boost变换器中,实验验证所提有源钳位软开关拓扑的正确性。     

双耦合电感二次型高升压增益DC-DC变换器

提出一种双耦合电感单开关二次型高增益变换器。在传统单开关二次型Boost变换器拓扑的基础上,在前级Boost电路单元引入耦合电感,输出端叠加以提升变换器的升压增益特性;同时,通过在后级Boost电路单元引入耦合电感,进一步减小开关管的电压应力。此外,采用无源无损吸收电路抑制了开关管两端的电压尖峰,从而可选取低导通电阻、低电压等级的MOSFET以降低开关管的导通损耗,提高了变换器的效率。文中详细分析了变换器的工作原理及工作特性,最后通过搭建一台200W、18V/200V的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

具有开关电容单元的电感集成Boost变换器

为提高传统Boost变换器的电压增益,降低开关管电压应力,减小变换器损耗,将开关电容和开关电感应用在传统Boost变换器中,提出一种具有开关电容单元的电感集成Boost变换器。利用开关电感与开关电容替代传统Boost变换器中的储能电感与滤波电容,并对开关电感进行了耦合集成。分析了变换器的工作模态,推导得到了变换器电压增益表达式,并研究了电感串联等效电阻对变换器电压增益的影响;分析了开关管电压应力与电感电流纹波的大小。与传统Boost变换器相比,具有开关电容单元的电感集成Boost变换器的电压增益增加一倍,开关管电压应力减小了一半,电流纹波减小接近1/2。样机实验结果验证了理论分析的正确性,表明具有开关电容单元的电感集成Boost变换器具有优良的综合性能。     

一种新型准Z源三电平Boost直流变换器的研究

针对共地三电平Boost直流变换器的飞跨电容电压严重偏离1/2输出电压及准Z源Boost直流变换器的开关器件电压应力大等问题,提出一种新型准Z源三电平Boost直流变换器结构,并采取交错调制作为变换器控制策略,更好实现增益宽、电压应力小等特性;利用MATLAB软件,仿真验证了所提变换器可有效解决飞跨电容偏离1/2输出电压、开关器件的电压应力大于1/2输出电压等问题。     

新型级联型磁集成开关电感高增益Boost变换器

为了提高传统级联Boost变换器的电压增益、减小支路电感电流纹波,减弱开关管电压应力、减小变换器的体积,本文将磁集成技术、开关电感和储能电容应用到级联Boost变换器中,提出了新型级联型磁集成开关电感高增益Boost变换器。通过引用两个开关电感和储能电容可以使本文提出的变换器的电压增益提高为传统级联Boost变换器的4倍。利用磁集成技术合理设计出耦合电感系数不仅可以有效减小变换器电感支路的电流纹波与开关器件的电压应力,同时还提高了系统暂态响应速度,减小了变换器的体积重量,从而提高变换器的电气性能。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种新颖采用磁集成技术大功率组合式高增益Boost变流器研究

为满足规模化储能系统及直流母线型分布式发电系统对大功率、高增益、高效率和高功率密度直流升压变换器的要求,提出了一种适用于大功率应用场合的组合式双输入高增益磁集成Boost变流器,并研究了该拓扑组合复用和控制策略。首先详细介绍了所提出的新型变流器的电路结构、工作模态和电气性能,推演出变流器电压增益、开关管应力及电感电流纹波特性,并分别讨论了组合拓扑的交叉控制和互补控制策略,通过与传统双输入Boost变流器的电压增益对比,该拓扑在两种控制模式下均具备更大电压增益和更小的电流纹波;其次推导了静态等效电感和暂态等效电感,以及耦合电感下稳态电流纹波和暂态电流响应速度的关系,给出耦合电感设计准则;最后制作实验样机进行测试,结果证明了理论分析的正确性。新拓扑较之传统高增益大功率升压变流器具备高增益、高功率密度、低应力和低纹波的优势,具备极大的研究价值和实用潜力。     

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.     

一种应用于光伏并网发电系统的新型双输入DC-DC变换器

提出一种具有高增益低电压应力的双输入DC-DC变换器,该变换器由两个上下对称的耦合电感Boost变换器组成。具有单输入和双输入两个模式,在单输入状态下只有一个开关管工作;在双输入状态下两个开关管工作。新型变换器可以通过改变耦合电感的匝比来提升变换器电压增益;输出端采用三电平结构使变换器开关管和二极管电压应力减小。分析了变换器在单输入和双输入模式下的工作模态;给出了变换器主要工作波形;推导了变换器电压增益,开关管和二极管电压应力,分析了漏感对变换器的电压增益的影响。通过实验验证了理论分析的正确性。     

一种新颖的ZVT Boost变换器

脉宽调制（Pulse Width Modulation,简称PWM）Boost变换器被广泛用作DC/DC变换器和功率因数校正装置。提出了一种新颖的零电压转换（Zero Voltage Transition,简称ZVT）Boost变换器,利用能量反馈辅助电路实现了升压管的ZVT和升压二极管的软开关。辅助电路由辅助开关管、耦合电感（反激变压器）和反馈二极管构成。辅助开关管实现了零电流开通和近似零电压关断,变换器的效率较高,电磁干扰低。在辅助开关管关断时,耦合电感将谐振电路中的能量馈送至电源端,功率器件的电压电流应力较低,辅助电路的传导损耗较小。详细分析了该变换器的工作原理,并通过样机进行了验证。     

一种新颖的Buck-Boost变换器

提出了一种新颖的两开关电路拓扑，它能工作在宽输入交流电压范围，并实现功率因数校正(PFC)。新拓扑与单开关Buck—Boost变换器和传统的两开关串级Buck—Boost变换器及其它Buck—Boost变换器相比有显的性能改善，如：器件应力及损耗较低，不需要解决浪涌电流问题，电感尺寸也较小。分析了拓扑工作原理，并给出了实验结果。     

交错并联三绕组耦合电感高增益Boost变换器

针对光伏、燃料电池等新能源发电系统所需的高升压比的应用场景,提出一种交错并联三绕组耦合电感高增益Boost变换器。以交错并联的控制方式减小了耦合电感原边电流纹波,切分了占空比从而减少了各开关管导通时长,交错并联的开关管与输出开关管在电路结构上实现了电压钳位,不会出现电压尖峰。桥式倍压单元缓解了二极管反向恢复问题。交错并联耦合电感双原边的构造提高了变换器的工作可靠性。另外,基于该变换器还拓展出交错并联 绕组耦合电感高增益Boost变换器和n耦合电感交错并联n桥式倍压高增益Boost变换器。围绕所提变换器的工作原理及稳态性能进行了深入分析。且在理论分析的基础上通过实验平台制作了一台功率为500 W的样机验证了其准确性。     

非隔离新型高增益DC-DC升压变换器

针对光伏发电系统中光伏电池板输出电压低,而要求其并网逆变器前端直流母线输入电压高的特点,提出了一种非隔离型高增益DC-DC升压变换器。对其工作原理和性能特点进行了详细的理论分析。并制作了一台输出功率为200 W的实验样机,实验结果表明该变换器具有如下特点:在相同占空比的条件下,变换器具有2倍于传统Boost拓扑结构的电压增益;变换器中两有源开关管的电压应力为传统Boost电路中有源开关管电压应力的一半;变换器中两电感电流一直相等而无需任何均流控制,外加两有源开关管采用同步控制,控制策略简单。     

基于倍压单元耦合电感高增益DC/DC变换器

提出一种基于倍压单元的新型DC/DC高增益变换器。在传统Boost变换器的基础上引入倍压单元,提高变换器电压增益,并把2个储能电感进行磁集成,减小变换器体积和电感电流纹波。分析了该变换器的工作原理以及工作模态,推导了输出电压增益公式、各二极管和开关管的电压应力以及电感电流纹波。与传统Boost变换器相比,电压增益提高了（3+D）倍,开关管应力电压减小明显,电感电流纹波减小一半。通过仿真和实验,验证了理论分析的正确性。     

基于OCC的单相三电平Boost型PFC

本文提出一种基于单周控制OCC(One-Cycle-Control)的单相三电平Boost型PFC，具有以下特点：恒频控制，控制简单、可靠，控制效果好；与两电平变换器相比，可以减小Boost电感，有利于变换器动态性能和效率的提高；开关器件应力降为输出电压的一半。结果验证了相关理论分析的正确性。