一种基于耦合电感的高增益软开关谐振变换器

该文提出了一种具有高增益、软开关的新型谐振变换器。该谐振变换器使用耦合电感来提高电压增益，升压比不仅取决于占空比，还取决于耦合电感的变比，具有高增益的优点。此外，由于采用了有源钳位技术，漏感中的能量可以被回收利用，用来对开关管的结电容充放电提供能量，从而实现软开关。由于采用了耦合电感，所提出的变换器可以在较低的开关管电压应力的情况下实现较高的输出电压，因此可以使用低导通电阻的低压器件，从而提升系统的效率。该文分析了该谐振变换器的工作原理，并推导了输出电压、关断电流应力等参数的解析表达式。在此基础上，从理论上分析了该变换器取得软开关的条件，并对该变换器的各个器件的电压电流应力进行分析，为器件选型提供了理论依据。最后，搭建1kW实验样机，针对该文提出的基于耦合电感的谐振变换器的高增益、软开关、低电压应力、高效率等性能进行了实验验证。通过实验得出所提出的拓扑可以在10倍增益的情况下达到最高97.5%的效率，表明所提拓扑的优越性。     

新型高增益耦合电感开关电容集成Zeta变换器

为了提升Zeta变换器的电压增益,提出了一种新型高增益耦合电感开关电容集成Zeta变换器。首先,将开关电容结构引入Zeta变换器,将变换器的输入电感作为耦合电感的原边,副边与电容、二极管组成倍压结构集成至开关电容结构中,共用开关电容中的二极管-电容倍压单元作为无源箝位支路。然后,分析了变换器工作在连续工作模式与断续工作模式下的工作原理,给出了各项性能参数。理论分析表明,变换器在实现较高电压增益的同时,开关管具有低电压应力。最后,通过搭建一台150 W的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

磁集成开关电感高增益级联Boost变换器

提出一种改进型具有开关电感单元的磁集成高增益级联Boost变换器,该级联变换器采用开关电感单元代替传统级联Boost变换器的储能电感并将电感进行耦合集成.改进后的变换器较传统Boost变换器的电压增益提高(1+D)2/(1-D)倍,较传统级联Boost变换器的电压增益提高(1+D)2倍,且电感电流纹波减小到其15％以下...     

一种新型开关电感、开关电容的高增益Boost变换器

为提高DC-DC工作增益,提出一种基于开关电感/电容的新型高增益Boost变换器。该新型变换器综合了开关电感和开关电容的优点,降低功率元件的电压应力,实现对导通电阻较小的功率元件的选择,减小功率元件的导通损耗,使得变换器能应用于增益较大、元器件电压应力较小的场合。基于开关电感/电容的新型高增益Boost变换器的工作原理进行理论分析,并设计制造了一台原理样机。通过和实验验证了理论分析的正确性。     

一种基于SEPIC结构的非耦合电感高增益变换器

针对应用于新能源系统的变换器电压增益不高及电压应力过大等问题,提出了一种基于SEPIC结构的非耦合电感高增益变换器.该变换器不采用变压器或耦合电感来提高电压增益,避免了变换器过大的体积和过大电压应力的出现.分析了变换器的两种工作模式,并与结构相似的变换器在电压增益和电压应力方面进行了对比.在理论分析的基础上,试制了一台200 W样机.由实验结果可知,变换器的工作状态与理论分析一致,变换器具有连续的输入电流,在具有较高电压增益的同时又具有较小的电压应力,适用于光伏发电等新能源系统.     

耦合电感准Z源高升压增益变换器

在此提出一种基于耦合电感的准Z源高增益变换器,利用Z源网络的直通状态实现变换器的升压特性,同时通过调节耦合电感变比,无需极限占空比即可实现变换器的高升压增益特性。相比于传统的Z源变换器,该变换器开关管电压应力减小,可选取低电压等级、低导通电阻的MOSFET以减小导通损耗,提高变换器效率;漏感能量通过二极管放电到电容,有效利用了漏感能量,不会造成开关的电压尖峰,无需额外的电路吸收网络;此外,该变换器的输入电流连续,适用于新能源发电应用场合。在此详细分析了变换器工作于电感电流连续模式(CCM)的工作原理和直流稳态特性,给出了电路参数设计步骤及变换器功率损耗分析。最后,搭建了实验平台验证了理论分析的正确性。     

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。     

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。     

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n+1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。     

一种带耦合电感的有源钳位高增益Boost变换器

该文提出一种带耦合电感的有源钳位高增益Boost变换器。通过引入耦合电感提高电压增益;采用有源钳位电路实现漏感能量的回收、抑制开关管关断电压尖峰,并为开关管实现零电压开通创造条件;通过合理设计漏感大小,有效解决二极管的反向恢复问题。该文所提变换器的主要不足是二极管的寄生电容和漏感会发生谐振,需要采用电阻电容二极管(resistor-capacitor-diode,RCD)吸收电路来抑制电压峰值。该文在分析变换器工作原理的基础上,对其性能进行了详细分析,最后搭建了一台48 V输入、380 V输出、额定功率为250 W的试验样机,实测最高效率为94.5%,实验结果验证了理论分析的正确性。     

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.     

基于拓扑组合的交错并联耦合电感高增益DC-DC变换器

针对分布式发电系统、航空航天、电动汽车等领域高电压传输比的应用场景,文章提出一种新型交错并联耦合电感高增益DC-DC变换器。所提电路结构采用拓扑组合的形式进行交错并联,一方面扩大了变换器的容量;另一方面降低了输入电流纹波。同时,当匝数比相等时,两相变换器耦合电感处理的功率相等,不存在功率失衡问题。通过集成倍压电容进一步提高了电压增益,降低了功率器件的电压应力,因此可以采用低电压等级、高性能的功率器件来提高变换器的工作效率。采用无源箝位电路吸收并利用耦合电感的漏感能量,降低了开关管的电压尖峰。此外,漏感缓解了二极管的反向恢复问题,提高了变换器的可靠性。详细地分析该变换器的工作原理、稳态性能,并搭建1000W的样机进行验证,实测最高效率为97.2%,满载效率为94.5%,实验结果验证了理论分析的正确性及所提变换器拓扑的可行性。     

基于开关电容和耦合电感的交错并联型高电压增益双向DC-DC变换器

提出一种基于开关电容和耦合电感的交错并联型高电压增益双向DC-DC变换器。通过并联通道数的增加,使得变换器具有更高的电压增益、更大的输出功率和更小的器件电压/电流应力。通过引入耦合电感,不仅降低了通道内电流纹波,同时可使各通道的电感量最小,进一步提升变换器的效率和功率密度。而且,较小的电感量可加快开关电容自动均流速度,仅需简单的控制方法,有利于提高电路的可靠性和实用性。制作了一台500W样机,以验证该拓扑和理论分析的有效性。     

带耦合电感的高升压比Boost变换器的分析

针对连续工作状态(CCM)的Boost变换器的升压比M=(V_o/V_(in))<5这一缺点,本文提出了一种带耦合电抗器的高升压比Boost变换器。该变换器最大升压比可达到M=4/(1—D_(max))。这个结果将扩大非隔离式Boost变换器的应用范围。比如:将太阳能电池的能量(电压12～16V)升压后供逆变器工作,可以不通过工频变压器与电网并网运行。本文详细分析了这种Boost变换器的工作过程,推导了等效电抗、升压比等参数,并对电路进行了仿真。仿真结果表明了理论分析的正确性。     

适用于温差发电的高效率耦合电感升降压变换器

针对温差电池输出电压变化范围宽、输出电流大且要求电流纹波小的需求,提出了一种高效率耦合电感升降压变换器,该变换器由Boost单元和Buck单元级联组合、并将两单元滤波电感反向耦合构成。变换器输入输出电感反向耦合,使得磁心直流磁通相互抵消,大大减小了滤波器磁心体积和损耗,提高了变换器的效率和功率密度,同时输入、输出电流连续,减小了滤波电容的容量。文中详细分析了所提出的耦合电感升降压变换器的工作原理,深入研究了电感耦合系数对变换器的影响并给出了耦合电感设计准则,采用载波交叠的PWM调制策略以及共用调节器的恒压/恒流控制策略,实现了变换器在恒压和恒流模式之间的无缝平滑切换。搭建了一台500W的实验样机,验证了理论分析的正确性和可行性。     

采用耦合电感的ZVZCS PWM三电平直流变换器

提出了一种零电压零电流软开关（Zero Voltage Zero Current Switching,简称ZVZCS）PWM三电平直流变换器。它的主开关管电压应力是输入电压的1／2。耦合电感取代了常规滤波电感,它所感应出的电压由功率变压器反射回初级,使得变换器在零状态时的循环电流减小直至零,以实现内管的零电流关断。通过改变耦合线圈的匝比,可任意设置用于电流刚零的电压幅值的大小,以调节电流回零的时间。详细介绍了电路的工作原理、各状态的等效电路及其约束方程：给出了主要的电压、电流波形。仿真和400W实验结果验证了该电路的正确性。     

基于耦合电感的零电压开关同步Buck变换器

在传统同步整流Buck变换器中,主开关管的硬开关和同步整流管体寄生二极管的反向恢复问题会导致严重的开关损耗和电磁干扰(EMI)。为避免上述缺点,提出一种基于耦合电感的新型同步Buck变换器,在全负载范围内实现了所有开关管的零电压软开关。详细分析该变换器的工作原理和特性,同时,采用变频调制方法以减小导通损耗,进一步提高变换器效率。最后,结合变换器的特性给出主电路参数的设计考虑,并通过原理样机实验验证了新型变换器的优点和理论分析的正确性。     

新型高增益耦合电感组合Sepic变换器

为提高Sepic变换器的电压增益,将Sepic变换器与二极管-电容倍压单元进行组合,同时引入耦合电感结构,提出一种新型高增益耦合电感组合Sepic变换器.该变换器在提升电压增益的同时,保留了Sepic变换器输入电流连续的特点,利用Sepic结构中的二极管-电容支路作为无源箝位吸收回路,吸收漏感能量,降低开关管的电压应力...     

一种用耦合电感实现零电压零电流开关的移相全桥变换器

在高压大功率场合,通常用IGBT作为开关器件。由于其关断的电流拖尾现象,IGBT零电流关断能有效减小开关损耗。提出一种新型移相全桥零电压零电流开关(ZVZCS)方案,通过1个双绕组的耦合电感和2个二极管实现滞后臂开关管在宽负载范围的零电流关断(ZCS)。所增加的二极管可以实现软开关,耦合电感的漏感并不会对增加的二极管产生附加的电压应力。为减小耦合电感的励磁电流对ZCS的影响,通过在所增加的2个二极管上各并联一个小电容,在不增大耦合电感尺寸的条件下增加复位电压的作用时间,保证滞后臂开关管的ZCS。在理论分析的基础上进行了计算机仿真,并设计了一台开关频率为68 k Hz、输出为100 V/10 A的样机进行实验验证。仿真和实验结果证明了所提方案的有效性。