基于Switch-Capacitor网络实现分时供电的多输入升压变换器

在新能源联合发电系统中,多输入直流变换器可分时或同时向负载提供能量,具有简化系统结构、降低系统成本等优点。然而,现有的多输入直流变换器不能很好地满足新能源发电领域对高升压比、低纹波、低开关应力等技术参数的要求。因此,本文基于Switch-Capacitor网络串联放电、并联充电和多个网络累加升压的工作特性,推导出一种新型多输入升压变换器。本文以三输入升压变换器为例,详细分析了其在连续工作模式下的工作原理和工作性能,进行了仿真分析,并搭建了实验模型,仿真分析与实验研究的结果表明:①升压能力强,其升压比与Switch-Capacitor网络组中的网络个数有关;②开关器件的电压应力、输入电流纹波和输出电压纹波小;③所有开关管由同一控制信号隔离驱动,控制电路简单;④实现分时供电,元器件利用率高;⑤推演出对应的同时供电多输入升压变换器。     

基于开关电容网络并联的单开关升压变换器

在新能源并网发电系统中,传统Boost变换器存在升压能力有限、纹波大、效率低等问题,为此,本文提出了一种基于开关电容网络并联的单开关升压变换器。详细分析了该变换器在CCM模式下的工作原理和工作性能,并搭建了实验模型,实验结果表明:①在不增加开关器件电压应力的情况下,随着并联的开关电容开关电容网络个数的增加,变换器的升压能力逐渐增强;②输入电流和输出电压纹波小;③变换器中只有一个开关管,控制电路简单;④输入电源的位置具有随意性。     

磁集成高增益Zeta变换器研究

针对传统升压变换器升压能力不足的问题,提出一种改进型磁集成高增益Zeta变换器。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,分析了二极管、开关管、电容的电压应力,引入磁集成技术对电感进行耦合,减小了变换器体积和电感电流纹波。与传统Zeta变换器相比,电压增益提高了（3D+1）/D倍,电感电流纹波减小1/2。通过PSIM仿真软件对理论分析进行仿真验证,并制作实验样机对仿真和理论分析进行了验证。     

高升压比悬浮交错三电平DC/DC变换器研究

提出一种高升压比悬浮交错三电平DC/DC变换器。该变换器不仅可以实现高升压比,显著减小变换器输入电流纹波,而且开关管承受的电压应力仅为输入电压和输出电压之和的四分之一。首先对变换器工作模态进行分析,推导了变换器电压增益。然后分析了悬浮交错三电平DC/DC变换器飞跨电容电压控制原理,给出了一种飞跨电容均压闭环控制方案。最后通过实验验证了理论分析的正确性。     

基于开关电容网络组的双输入升压变换器

在新能源联合发电系统中,现有的多输入直流变换器不能很好地满足其对供电方式、高增益、小纹波、低器件应力及高效率等工作性能的要求。基于此,给出了基于开关电容网络组的两种新型双输入升压变换器拓扑,即并联型双输入升压变换器和串联型双输入升压变换器,对其工作原理及工作性能进行了详细分析,并通过实验研究验证了这两种电路拓扑的正确性与可行性。     

双输入磁集成开关电感Zeta变换器

为了提高传统Zeta变换器的电压增益、减小电感电流纹波和变换器中磁性器件的体积和重量,提出了一种双输入磁集成开关电感Zeta变换器。该变换器是在传统Zeta变换器的基础上增加一路输入变为双电源输入Zeta变换器,并在结构中用2个开关电感单元分别代替储能电感,对开关电感单元中的电感进行了磁集成。通过分析变换器的不同工作模态,推导出变换器的电压增益表达式,分析了电感电流纹波的大小,并给出了变换器的磁集成设计方案。与传统Zeta变换器相比,所提变换器的电压增益提高了2(1+D)倍,开关电感电流纹波减小了近一半。最后用仿真及实验对理论分析进行验证,结果表明所提变换器具有优良的综合性能。     

基于开关电容结构的高增益升压变换器

针对传统Boost变换器存在升压能力有限、纹波大、效率低等问题,研究了一种基于开关电容结构的高增益升压变换器。详细分析了变换器在连续工作模式（CCM）和断续工作模式（DCM）下的工作原理和工作性能,并进行了试验研究。结果表明,变换器的升压能力逐级增强;输入电流纹波和输出电压纹波小;同时控制电路简单,易于串联实现多级网络逐级升压的功能。     

一种差动型高增益DC-DC变换器分析与设计

针对传统DC-DC变换器电压增益低、开关管电压应力较高、输入电流和输出电压纹波较大等问题,提出一种由两个多电平升压变换器差动连接而成的DC-DC变换器。首先,详细分析了所提变换器的拓扑结构、工作状态以及电路参数设计。理论分析结果表明,在占空比为0.5时,该新型变换器输入电流和输出电压的纹波相互抵消,具有明显的纹波抑制功能。同时,当电容器以互补开关方式运行时,电容器纹波的减少降低了电容器的尺寸。此外,该新型变换器无需添加额外的开关管,驱动及控制电路设计简单。然后,对所提变换器与其他类似变换器在电压增益、元件器数量以及半导体器件的电压应力等方面进行了对比分析,进一步说明了所提变换器的优越性能。最后,通过仿真研究和样机实验验证了理论分析的正确性,以及所提拓扑结构在降低元器件电压应力、提高电压增益方面的有效性。     

三电感单管高增益Boost变换器

燃料电池、光伏电池、蓄电池等可再生能源电池模块的电压较低,变化范围较宽,且工作效率和寿命与其输出电流纹波大小有关,因此需要接口变换器具有极强的升压能力且输入电流连续,才能满足前级的电流纹波和后级负载设备的供电电压等性能要求。针对现有非隔离型高增益变换器普遍存在的升压能力不足的问题,提出了一种结合了二次型、开关电感和电荷泵升压技术的三电感单管高增益Boost变换器,并通过一台200W/50kHz的原理样机进行了实验验证。实验结果表明,所提变换器的电压增益为2/(1-D)2,远高于现有方案,且具有输入电流连续,输入、输出端共地,器件数量少,控制简单等优点。     

一种双输入高增益DC-DC变换器

针对光伏发电系统输出电压低、供电稳定性差等问题,提出一种非隔离双输入高增益直流升压变换器,该变换器在2个BOOST变换器的基础上引入了开关电容电路,实现了高电压增益,且两输入源可以单独或同时向负载供电。分析该变换器的电路结构和工作原理,推导出了3种供电模式下变换器的电压增益表达式以及主要开关器件电压应力,给出了两路同时供电时输入电流之间的关系。最后,搭建了一台100W的实验样机,实验验证了该变换器具有电压增益高、开关器件电压应力低、控制简单、可以灵活供电等优点。     

一种双输入高升压比直流变换器

针对以光伏和燃料电池为代表的新能源发电系统存在输出电压低、供电可靠性差的问题,本文提出了一种非隔离型双输入高升压比直流变换器,该变换器两路输入源可以单独供电也可以同时供电,详细介绍了变换器在三种供电模式下的工作原理、电压增益特性、开关器件电压应力以及双输入工作模式下两路输入电流之间的关系.最后搭建了一台100 W的实验样机,实验验证了该变换器具有电压增益高、开关器件电压应力低、可灵活供电等优点.     

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。     

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。     

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。     

可抑制低频电流纹波的单级升压式并网逆变器

根据燃料电池并网发电系统要求低输入电流纹波和升压的要求,提出一种可抑制输入低频电流纹波的单级、升压式并网逆变器,并给出了一个工频周期内的信号调制示意图.所提逆变器中,将单相桥式逆变器的一个桥臂与Boost变换器所共用,且设计Boost变换器电流工作在电流断续模式,可有效抑制电源输出的低频电流纹波.分析了所提并网逆变器在电网电压极性不同情况下的工作模态.推导了输入电流纹波含量和共用开关管电流的标幺值,给出了升压电感的设计规则.实验结果表明,所提逆变器性能优良.     

适用于光伏/燃料电池发电的组合式直流升压变换器

光伏/燃料电池并网发电系统是目前可再生能源应用领域的重要研究方向,然而上述2类电源的直接输出电压较低,通常需要一高升压变比的直流变换器将其提升到较高电压来供给并网逆变器,但直流变换器的高频纹波电流又会影响上述2类电源的使用寿命和工作效率,针对上述问题提出一种组合式直流升压变换器,给出了该变换器的2种控制方法——互补控制和交叉移相控制,分析了该变换器在每种控制策略时的工作原理和基本特性。通过一台1kW的原理样机,验证了该变换器具有以下特点:较高的升压变比,可以有效降低主开关管的电压应力和输入电流纹波,同时具有较小的输出电压纹波。     

谐振电容电压反馈单输入多输出反激式变换器

为减少小功率供电电源的器件使用数量、降低成本和提高变换效率,提出一种谐振电容电压反馈控制的不对称半桥反激式变换器。采用一次侧谐振电容电压反馈控制方式,简化了隔离型单输入多输出变换器的控制结构;采用恒定导通时间控制器,从而省去反馈补偿网络电路的设计;反馈信号取自一次侧谐振电容电压,具有反馈电压纹波大的特点,这会引起恒定导通时间控制出现脉冲破裂现象,变换器不能稳定工作。为抑制谐振电压反馈纹波大引起脉冲破裂的问题,采用纹波补偿恒定导通时间控制抑制反馈信号的电压纹波,从而使变换器工作稳定。最后通过实验样机验证了理论分析及设计方法的可行性。     

双耦合电感零输入纹波高增益QBC-VMU集成变换器

低输入电流纹波高增益DC-DC变换器是光伏、燃料电池等低电压输入分布式发电系统的重要组成部分,对推广应用可再生能源发电起着重要作用。该文基于二次型升压变换器和倍压单元,提出一种双耦合电感零输入电流纹波高增益QBC-VMU集成变换器。通过二次型升压变换器输入电感和储能电感的耦合,合理地配置匝比和耦合系数,可近似实现输入电流的零纹波。倍压电路中的储能电感由一对耦合电感代替,可获取高升压增益,且避免出现极限占空比。由箝位二极管和储能电容组成的吸收电路,可降低由漏感造成的开关管两端的电压尖峰;倍压电路中的续流二极管和储能电容组成的漏感能量回收电路,可降低能量损耗,提高变换器效率。该文在分析变换器工作原理及切换模式的基础上,搭建一台输入/输出电压为18V/200V的实验样机,样机测试结果验证了理论分析的正确性。     

一种零输入电流纹波高增益DC/DC变换器

传统DC/DC变换器因其升压能力不足、半导体器件应力高、输入电流纹波大,在光伏、燃料电池等新能源发电领域的应用较为受限。该文基于Boost变换器,利用耦合电感的磁耦合效应消除输入电流纹波,提出一种零输入电流纹波DC/DC变换器。所提变换器实现元器件电压应力的降低和输入输出增益的提高,变换器无需添加额外的开关管,驱动及控制电路设计简单。通过分析零输入电流纹波的实现机理和变换器的工作原理,搭建一台200W、48V/400V的实验样机,验证所提理论分析的正确性。