非隔离型高增益DC/DC变换器综述

在光伏发电、燃料电池发电等新能源发电系统中通常采用高增益DC-DC变换器拓扑电路结构,近年来国内外专家学者从不同角度分别提出了不同的拓扑电路及其控制策略。对非隔离型拓扑电路研究现状,从变换器基本的构成原理出发,将非隔离型高增益变换器分成了二端口级联型、三电平型、带开关电容型、三端口交错并联型与耦合电感型五大类型,并分别从拓扑架构与变换器电压增益及开关应力等性能方面进行了详细的对比介绍,对五类非隔离型变换器进行了全面的综述,对比了各自的优缺点,对新能源发电系统中的拓扑电路结构将起到一定的指导作用。     

非隔离型高增益DC/DC变换器综述北大核心

在光伏发电、燃料电池发电等新能源发电系统中通常采用高增益DC-DC变换器拓扑电路结构,近年来国内外专家学者从不同角度分别提出了不同的拓扑电路及其控制策略。对非隔离型拓扑电路研究现状,从变换器基本的构成原理出发,将非隔离型高增益变换器分成了二端口级联型、三电平型、带开关电容型、三端口交错并联型与耦合电感型五大类型,并分别从拓扑架构与变换器电压增益及开关应力等性能方面进行了详细的对比介绍,对五类非隔离型变换器进行了全面的综述,对比了各自的优缺点,对新能源发电系统中的拓扑电路结构将起到一定的指导作用。     

一种多输入高增益DC/DC变换器

在混合可再生能源系统中,使用多输入DC/DC变换器与传统几个单输入DC/DC变换器相比,不仅具备多路电路同时输入的能力,而且减少了变换器的使用数量,成本更低。提出了多输入高增益DC/DC变换器及其控制方案,所提的拓扑具有多输入的结构,且其中任意输入端发生故障,电路仍能正常工作,具有较高的可靠性,因此适用于各种功率应用场合。同时为了解决基本DC/DC变换器升压能力不足的问题,对变换器进行了优化,实现了高增益。对变换器的拓扑架构进行了简要阐述,并对双输入的变换器工作原理及性能特点进行了详细分析,最后通过仿真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。     

ZVS隔离型高增益DC／DC变换器

将传统的L型电流输入隔离型DC/DC变换器与一种DCM(Diode-Capacitor Multiplier)电压增益单元相结合,提出了一种新型ZVS隔离型高增益DC/DC变换器。在继承传统L型电流输入隔离型DC/DC变换器输入电流纹波小、变压器匝数比低等优点的基础上,所提变换器可通过调节DCM增益单元数来调节变换器的输入输出增益比;通过有源箝位电路和漏感的结合,开关均实现了零电压开通,二极管均实现了零电流关断,二极管的反向恢复损耗得到了抑制;借助于所提DCM增益单元,二极管的电压应力以及变压器的绝缘等级得到了有效降低;所有二极管的电压、电流应力均相等,便于散热设计。对变换器的工作原理和性能特点进行了理论分析,并建立了一台输入24 V、输出400 V、功率为200 W的实验样机。实验测试样机最高效率可达95%,验证了理论分析的有效性和正确性。     

用于电池供电装置的非隔离型宽增益DC/DC变换器

为研究更适用于不同电池供电装置的升压直流变换器,提出一种非隔离型宽增益升压直流变换器。首先,对变换器进行拓扑介绍和稳态分析;然后,对变换器进行详细的特性分析并和其他拓扑进行比较;在此基础上,对变换器的器件进行参数设计;最后,通过搭建样机(200 V/400 W)验证了该变换器结构简单,可以实现更宽的电压增益,也验证了两个功率开关同时导通同时关断的方式易于控制,输入输出采用共地结构有良好的运行稳定性,该变换器较适用于不同电池供电装置。     

一种非隔离型高增益三端口DC-DC变换器

针对光伏储能联合供电系统输出电压低、供电可靠性差等问题,提出了一种具备多种工作模式的非隔离型高增益三端口DC-DC变换器。变换器的3个端口共地,分别连接光伏发电单元、储能单元和负载,通过改进二次型结构提升电压增益,并降低开关器件应力。变换器具有5种工作模式,可满足离网光储发电系统的各种工况需求。此外,变换器对光伏端口和储能端口之间没有电压约束,能够适应更多的应用场合。详细分析了变换器在各工作模式下的工作原理和稳态特性,并与现有同类变换器进行了工作特性对比。根据光伏储能联合供电系统的控制要求和变换器在不同工况下的功率流动情况,研究了相应的模式运行与切换控制策略。最后,搭建了一台300 W的实验样机进行验证。     

具备高增益的非隔离三端口变换器

提出了一种具备高增益的非隔离三端口变换器,变换器三个端口分别连接光伏电池、蓄电池和负载。变换器任意两个端口间可以实现电压的调节和功率的流动,通过蓄电池的充电和放电,能够补偿光伏电池与负载之间的功率不平衡,实现对负载连续稳定的供电。此外,通过引入开关电容电路,变换器具备高压输出能力。最后,论文给出了变换器的工作原理和稳态分析,并在此基础上进行了实验验证,结果证明了理论分析的正确性以及变换器的可行性。     

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。     

一种非隔离型交错高增益Boost变换器

提出了一种高增益Boost变换器电路拓扑,与传统Boost变换器相比,电路工作在占空比D0.5时实现了3倍的电压增益,均衡了有源开关管电压应力,并使其降低至输出电压的1/3。首先推演了构造两路复合支路高增益三端网络的变换器拓扑;然后分析电路全周期工作原理及电路特性;最后通过搭建1台140 W的试验样机验证了理论的正确性。     

一种新型两开关高增益DC/DC变换器

高增益DC/DC变换器被广泛应用于生产生活中,而现有电路拓扑的电压增益往往有限,为此提出了一种新型两开关高增益变换器.与现有变换器拓扑相比,所提拓扑在器件数量基本不变的情况下实现了更高的电压增益.分析了变换器的工作原理和相关性能,并与现有电路拓扑进行了比较分析,最后搭建了实验样机进行验证,实验结果证明了所提变换器的有效...     

一种Flyback-Boost非隔离型高增益直流变换器

提出一种Flyback变换器与Boost变换器相结合的非隔离型高增益直流变换器。该变换器中的Flyback变换器变压器原边电感和Boost变换器电感共用,Flyback变换器的开关管和Boost变换器开关管共用,Flyback变换器的输出和Boost变换器的输出串联,变压器漏感能量能够回馈到Boost变换器的输出,从而获得高增益高效率特性。电路具有结构简单、开关器件电压应力减少的优点。详细分析了拓扑工作原理、电压增益与效率特性。制作了一台100kHz开关频率/80W负载/24V输入/200V输出的实验样机,样机在轻载下可达到91.6%的效率,实验波形验证了理论分析的正确性。     

反激式隔离型高增益DC/DC变换器

提出了一种反激式隔离型高增益DC/DC变换器.该变换器利用反激变压器的变比和开关电容来提高输出电压增益,满足输入输出的电气隔离.开关电容的引入,使得反激变压器副边绕组在开关管闭合时给倍压电容充电,在开关管断开时给负载供电,提高了变压器绕组的利用率,还解决了反激变换器输出二极管与漏感的谐振问题.由于变压器漏感的原因使得所...     

宽输入高增益隔离升压型DC/DC变换器

隔离升压型DC/DC变换器是一类可以将低压直流母线变换成高压直流母线并实现电气隔离的变换器的统称。该技术在新能源发电领域如燃料电池发电系统以及微逆变器系统中应用广泛,其研究热点是宽输入适应性、高增益和高效率功率变换。LLC谐振变换器很好地符合这些要求。为此,研究了基于全桥LLC谐振变换器的高增益隔离升压型DC/DC变换器,提出了单级式和两级式两种方案,单级式方案为输出稳压LLC谐振变换器,而两级式方案为Boost变换器级联输出不稳压LLC谐振变换器。分别提出了LLC谐振变换器在单级式和两级式方案中的基于最佳励磁电感的谐振腔参数设计方法,并且分别通过样机实验验证了所提出的设计方法的有效性。     

一种改进二次型高增益Boost-Sepic变换器

高增益DC-DC变换器是可再生能源发电实现高压并网的一个重要环节。提出一种改进二次型高增益Boost-Sepic变换器,既实现在较小占空比的情况下得到较高的电压增益,又降低功率MOS管与二极管的电压应力,同时还具有输入电流连续的优点;且由于二次型Boost变换器与改进Sepic升压变换器的集成,共用一个功率MOS管,变换器的主电路与控制电路均变得简单。对该变换器的工作原理和工作过程进行详细的论述,对变换器增益、功率器件、电容电压应力进行分析,并与目前常用的高增益DC-DC变换器进行对比研究。最后,在理论分析基础上,搭建了一台100 W实验样机进行实验研究,实验结论与理论分析结果一致。     

一种耦合电感高增益开关DC/DC变换器

针对光伏发电并网系统对前级DC/DC变换器的要求,提出一种基于耦合电感倍压单元Boost变换器和flyback变换器的高增益非隔离DC/DC变换器。该变换器采用输出侧串联结构,提高了变换器的电压增益,同时引入由二极管和电容组成的箝位电路,有效吸收了漏感能量,抑制了漏感引起的电压尖峰,降低了开关管的电压应力,提高了效率,同时耦合电感倍压单元进一步增加了变换器电压增益。详细分析了变换器的工作原理及工作特性,进行了理论公式的推导,并给出了关键器件的设计步骤。最后通过一台360 W的实验样机验证了理论分析的正确性。     

一种功能解耦型高增益DC/DC变换器分析与设计

传统Boost变换器存在实际增益受限、器件应力大、变换效率低等不足,难以实现高效率、高增益DC/DC变换。为此,提出一种由直流变压器和辅助变换器组合而成的功能解耦型高增益变换器,其中直流变压器主要实现高效、固定增益变换功能,而辅助变换器主要实现输出稳压功能。首先,对组合型高增益变换器的不同组合方式进行对比分析,确定功能解耦型高增益变换器的结构。然后,对直流变压器和辅助变换器的拓扑选择及控制策略进行讨论。在此基础上提出电路参数的优化设计方法,特别是直流变压器的参数定量设计。最后,根据所确定电路参数,搭建一台输出功率为400W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性,实测最高变换效率为94.1%。     

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。     

一种耦合电感高增益双管升压变换器

与隔离型拓扑相比,非隔离型拓扑结构简单且实现成本较低;相对于传统Boost变换器,双管结构升压变换器开关管电压/电流应力较低,开关管的导通损耗小,电压增益更高。提出一种耦合电感高增益双管升压变换器,该变换器具有电压增益大及开关管电压/电流应力低的特点。给出变换器的主要工作波形,详细地推导变换器的稳态工作原理,给出理想情况下变换器的电压增益并分析漏感对电压增益的影响,与常见的高增益DC/DC变换器进行性能对比,最后根据所提出的电路拓扑以及参数设计指标,设计并制作一台200 W原理样机。实验结果证实了理论分析的正确性。