一种适用于燃料电池的新型高升压DC-DC变换器

高升压DC-DC变换器是燃料电池实现并网的重要环节。针对燃料电池输出电压低、输出特性软的问题，提出一种基于开关电容的电流馈电升压变换器。首先，详细阐述了所提变换器的拓扑结构及其在连续导通和不连续导通模式下的工作原理。然后，具体分析了该变换器的电压增益、各元件的电压和电流应力。在此基础上，将其与SC-Boost、SL-Boost等变换器进行性能对比。最后，搭建一台200 W的实验样机验证了所提变换器的可行性和理论分析的正确性。所提变换器结合电流馈电结构和开关电容网络，具有电压增益高、输入电流连续且纹波低的优势，有利于延长燃料电池使用寿命。同时，通过复用开关电容中的电容-二极管(capacitor-diode, C-D)单元对开关管电压进行钳位，降低了功率元件的电压应力。因此，所提变换器适用于燃料电池并网系统。     

一种适于光伏电池发电的高增益DC-DC变换器

针对光伏电池微型电源低输入高输出的特点,基于传统的交错并联Boost变换器,提出一种新型高增益DC-DC变换器。该变换器在开关周期内既可提高升压比,也可降低开关功率器件的电压应力,同时减少输入电流纹波,有利于开关器件的选择,降低电路的损耗。详细分析了所提电路的工作原理,建立了变换器的数学模型进行了稳态分析,最后通过Simulink仿真验证理论分析的正确性和可行性。     

基于耦合电感倍压单元的零输入电流纹波高增益非隔离变换器

提出一种基于耦合电感倍压单元的零输入电流纹波非隔离型高增益DC-DC变换器。该变换器由零输入电流纹波Boost变换器和耦合电感单元组成,通过设计耦合电感电压比,实现了高升压增益特性。同时,采用无源无损吸收电路消除了漏感引起的开关管两端电压尖峰,降低了开关管的电压应力。通过增加由电容和二极管组成的倍压单元,进一步减小了开关管的电压应力,同时消除了输出二极管的电压尖峰,降低了二极管电压应力。因此,可通过选取低导通电阻、低电压等级的MOSFET,以降低变换器成本和开关管的导通损耗,提高变换器的效率。此外,还实现了变换器的零输入电流纹波,降低了输入滤波器的设计难度。文中详细分析了该变换器的工作原理及工作特性,给出了关键参数的设计原则。最后,通过实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种单输入双输出高增益DC-DC变换器

随着分布式发电在中低压场合的应用越来越广泛,对高增益直流变换器的需求日益增加。提出一种新型单输入双输出高增益DC-DC变换器。该变换器在传统Boost电路基础上引入电容和二极管组成极性反向极,功率端口通过差分连接方式互联,提高了变换器电压增益,降低了开关管电压应力;同时端口功率控制彼此独立,进一步提高了电能路由的灵活性。详细分析了该变换器的电路结构和工作原理,推导出稳态特性下的电压增益、主要开关器件电气应力以及电流纹波等表达式。在此基础上,提出了基于矢量时间作用的模型预测控制策略,建立了该变换器预测模型、推导出开关管矢量时间以及设计了目标函数寻优过程。最后,通过仿真和实验验证了所提变换器及其控制策略不仅可行、有效,而且具有高运行效率与低电压应力。     

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。     

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。     

新型软开关隔离型高增益DC-DC变换器

本文结合了反激变换器元器件少与开关电容对电压增益提高的优点,提出了一种新型软开关隔离型高增益DC-DC变换器,进一步提高了变换器的电压增益和功率密度,降低了功率器件的电压电流应力。通过反激变换器的输入交错并联输出串联,一方面能够提高电压增益,另一方面能够扩大电路的输出功率,同时还能降低输入电流纹波。输出侧增加倍压电路不仅能够提高变换器的电压增益,还解决了反激变换器工作在连续状态下输出二极管反向恢复问题。采用有源钳位电路实现漏感能量的回收,抑制开关管的电压尖峰,并实现了开关管的零电压开通。最后,分析了该拓扑的基本工作原理,并制作了一台输入电压为40～60V,输出电压为380V,额定功率为1kW的样机,实测最高效率为96. 8%,实验结果证实了理论分析的正确性。     

高电压增益混合型DC-DC变换器研究

随着分布式发电的出现,对高增益DC-DC变换器的要求越来越高。为了获得更高的电压增益,提出一种光伏发电用混合型高电压增益非隔离单开关DC-DC变换器。该变换器将传统的Boost和Cuk变换器并联,详细讨论了其拓扑结构、工作原理以及电路参数设计,实现了基于Matlab/Simulink的仿真研究和基于单片机的150 W实验样机。仿真研究和实验结果与理论分析吻合较好,验证了理论分析的正确性以及混合型DC-DC变换器拓扑结构的有效性。所提混合型拓扑使用元件数较少的单一功率开关,并能提供比非隔离式传统变换器更高的电压增益。该拓扑在单功率开关作用下可提供连续电流的工作模式,而且降低了功率开关和二极管的电压应力。     

一种新型单开关直流高增益变换器

针对传统Boost电路电压增益有限及变压器、耦合电感等升压电路存在漏感的问题,提出一种无变压器、无耦合电感的新型单开关高增益变换器,将2个电压升举单元引入Boost拓扑,提高了电压增益且降低了开关管、二极管电压应力,同时在电压升举单元中加入小电感,在不影响效率的情况下,抑制开关管开通瞬间的尖峰电流。详细分析了新型变换器在一个开关周期内不同模态下的工作状况,建立了系统的直流稳态模型,给出变换器的电压增益比及功率器件的电压应力。仿真和实验结果表明,当开关管占空比为65%时,电压增益约为14.88,且开关管与二极管在同等输出电压情况下,其电压应力小于传统Boost。该变换器输出电压高,输入电流纹波小,开关管电压电流应力低,且电感电流一直处于连续模式。     

耦合电感零输入纹波高增益非隔离DC-DC变换器

光伏、燃料电池等新能源系统的应用使低输入电流纹波高增益DC-DC变换器成为研究热点。在一种零输入电流纹波Boost变换器基础上,采用耦合电感,提出一种零输入电流纹波高增益非隔离DC-DC变换器。通过设计耦合电感变比,可实现变换器的高升压增益特性。耦合电感中存在的漏感在减缓二极管关断电流的 di/dt 的同时,却带来了开关管两端严重的电压尖峰。为了降低开关管两端的电压尖峰,提出采用无源无损吸收电路以吸收漏感能量和开关管两端电压尖峰的零输入电流纹波高增益非隔离DC-DC变换器,进而可选取低导通电阻、低电压等级的MOSFET以降低导通损耗,提高了变换器的效率。另外,变换器几乎实现了输入电流的零纹波,基本上不需要输入滤波器,从而减小了变换器成本及体积。文中分析变换器的工作原理及工作特性,最后通过搭建一台100 W、40 V/200 V的实验样机,验证理论分析的正确性。     

一种混合开关电感和开关电容的高增益DC/DC变换器

针对传统Z源DC/DC变换器存在的输入电流不连续、输出电压增益不够高和功率器件电压应力较高等不足,利用开关电感和开关电容技术,提出了一种混合开关高增益DC/DC变换器。该变换器主电路中只用到1个储能电容,结构简单,与现有典型的高增益阻抗源DC/DC变换器相比,所提出的混合开关电感和开关电容的DC/DC变换器可以实现更高的输出电压增益,同时电容和开关器件的电压应力较低。详细分析了所提变换器的工作原理,通过在实验室中所建立的输入电压16～40 V、输出电压26～107 V和输出功率7～114 W的原型验证了其性能。     

交错并联磁集成开关电感高增益Boost变换器

为了提高Boost变换器电压增益、减小支路电感电流纹波、减弱开关管电压应力、减小变换器体积,提出了一种新型带有开关电感及开关电容的交错并联磁集成Boost变换器。相对于传统交错并联Boost变换器而言,利用2个开关电感单元代替储能电感,2个电容及4个二极管构成开关电容,对所提出的拓扑进行理论分析、仿真及实验验证。结果表明,在占空比0.5相似文献   

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。     

一种新型非隔离型高增益DC-DC变换器

在不间断电源、新能源发电等应用场合中,高增益DC/DC变换器得到了广泛应用。基于两相传统交错并联Boost变换器,提出了一种新型非隔离型高增益DC/DC变换器。所提变换器具有低输入电流纹波、两相电感电流自动均流、开关和二极管电压应力低、升压能力高等特点,适用于输入输出电压比大且无需电气隔离的应用场合。本文首先对所提电路的工作原理进行了具体分析,然后理论推导其主要性能特点,最后通过一台功率为400W的实验样机验证了前述分析的正确性。     

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 interleaved bidirectional dc/dc converter with zero voltage switching and high voltage gain: analyses,design and simulation

In this paper, a new interleaved non‐isolated bidirectional dc–dc converter with capability of zero voltage switching and high voltage gain is proposed. In the proposed converter by using two coupled inductors and one capacitor, the voltage gain is extended. Moreover, by using only an auxiliary circuit that includes an inductor and two capacitors, the zero voltage switching (ZVS) of two used switches in the first phase of converter can be achieved. The ZVS operation of two used switches in the second phase is always obtained without using any extra auxiliary circuit. This converter similar to other interleaved converters has low input current ripple and low current stress on switches. In this paper, the proposed converter is analyzed in all operating modes, and also the voltage gain, required conditions for ZVS operation of switches, voltage and current stresses of all switches, and the value of input current ripple in both boost and buck operations are obtained. Finally, the accuracy performance of the proposed converter is verified through simulation results in EMTDC/PSCAD software. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

燃料电池供电系统用新型升压变换器的研究

提出了一种新颖的适用于燃料电池供电系统的升压变换器——开关电容交错并联高增益Boost变换器,并对其工作原理进行了详细分析,给出了控制框图。与传统两相交错并联Boost变换器相比,新拓扑结构不仅输入电流纹波减小,而且在相同的占空比下实现了更高的电压增益,开关器件的电压应力得以减小。因此,新拓扑结构非常适合应用于低压输入、高压输出的场合,如燃料电池供电等系统。最后,进行了动态仿真和分析,验证了理论分析的正确性。     

一种带开关电容的二次型高增益Boost变换器的研究

光伏、燃料电池等发电系统的输出电压等级较低且输出电压不稳定,需要通过高增益Boost变换器把较低等级的直流电压进行升压以满足并网要求。提出一种带开关电容的二次型高增益Boost变换器,在传统二次型Boost变换器的基础上引入开关电容单元,提高了变换器的升压能力,实现了以较小的占空比获得较大的电压增益,拓宽了输入电压范围。同时,该变换器改进了传统二次型Boost变换器开关管和二极管电压应力过大的缺点,减小了开关管的导通损耗和二极管的反向恢复损耗。另外,该变换器还有输入电流连续、输出电压纹波小的优点。分析了该变换器的工作原理及工作特性,在理论研究的基础上搭建了一台12 V/60 V的实验样机,实验结果证明了理论分析的正确性。     

新型磁集成组合式Sepic变换器研究

为提高Sepic变换器的电压增益,同时减小电感电流纹波及变换器体积,研究了一种新型磁集成组合式Sepic变换器。将2组Sepic变换器结合在一起,提出组合式Sepic变换器的拓扑结构,并将其中2个储能电感进行磁集成。新型组合Sepic变换器具有较低的电感电流纹波,且其电压增益是传统Sepic变换器的2倍,在采用磁集成技术后,合理设计耦合系数,集成下的电感电流纹波明显减小。分析了该变换器的各项工作性能;应用PSIM仿真软件对理论分析进行仿真验证;最后制作实验样机对理论分析与仿真数据进行实验验证。