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。     

基于有源开关电感网络和DCM单元组的DC-DC升压变换器

针对传统Boost变换器存在升压能力有限、开关器件电压应力大和效率低等问题,基于有源开关电感网络和二极管-电容单元组(diode-capacitor multipliers,DCM)提出了一种新型高增益升压变换器拓扑,该拓扑在实现高增益的同时避免了极大的占空比,并且有效地降低了开关器件的电压应力。详细分析了所提变换器在连续导电模式,断续导电模式和边界导电模式下的工作原理和工作性能,推导了变换器的电压增益、开关管的电压和电流应力大小,并推演出n个DCM单元级联的高增益升压变换器拓扑。与其他文献提出的变换器在电压增益、元器件数量、开关管电压应力等方面进行详细的对比,最后搭建了一台功率约为130 W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种交错并联高升压BOOST变换器

新能源并网发电系统中,具有高升压特性的升压变换器是不可或缺的一部分。介绍了一种交错并联BOOST变换器,具有高增益、低电压电流应力、效率高、体积小的优点。从基本BOOST变换器的开关电感三端网络出发,通过在其三条支路中串入合适极性的电压源,经过对比分析,确定了最优的高增益开关电感三端网络,最后得到一种基于拓扑组合的高增益BOOST变换器。对其工作原理和性能特点分别进行了分析,并进行了实验研究,结果表明该变换器在开关占空比D > 0.5时具有如下特点：① 电压增益为基本BOOST变换器的两倍;② 变换器中两BOOST变换单元可实现自动均流,与传统型交错并联BOOST变换器相比,不需均流控制,控制电路简单;③ 有源开关的电压应力为输出电压的一半,即为基本BOOST变换器有源开关电压应力的一半。     

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。     

基于CD模块的高增益Boost变换器

针对现阶段直流升压变换器电压增益不高、开关管电压应力较大、整体能量转换效率低的特点,提出了一种基于CD模块的高增益Boost变换器。该变换器采用较低的占空比即可实现高增益,且规避了开关管电压应力过大的问题。详细分析了囊括该变换器各种工作模态的工作原理,并就其电压增益、开关管和二极管的电压应力等性能参数进行了严谨的公式推导,并和其他升压变换器进行了详尽的性能对比。最终通过搭建一台额定功率为200 W的实验样机证实所做理论分析的正确性。     

具有高增益的双相直流变换器设计

为了获得较高的电压增益,减小开关管的电压、电流应力,将2个中间储能电容与传统双相BOOST升压电路相结合,研究了一种具有高电压增益的新型双相BOOST电路拓扑。该电路具有以下明显的特点:在相同占空比的情况下能有效提高变换器升压增益,可实现更大的功率变换;主开关管和所增加二极管的电压应力只有输出电压的一半,因此对相同功率级的升压电路,不仅可以选择低耐压、高性能的开关器件,而且可以降低电路的损耗。详细分析了新型双相BOOST变换器的工作原理,制作了1台额定功率为1kW原理样机,通过实验验证了理论分析的正确性和可行性。结果表明,所提出的新型双相BOOST变换器性能优良,结构简单,具有实用价值。     

一种新型交错并联Boost-Flyback直流升压变换器

光伏/燃料电池发电系统的前级输出电压低,为提高输出电压通常需要高升压比直流变换器。针对这一问题,提出了一种新的交错并联Boost-Flyback变换器(interleaved Boost-Flyback converter,IBFC)。该变换器采用Boost与Flyback变换器交错并联的方式来减小输入输出纹波,并利用Flyback变换器的变压器匝比来获得较高的电压增益。Flyback变换器的变压器主边通过电容与输出端相连接,可将输入侧漏感能量转移到输出,减小了漏感损耗。变换器中间的储能电容极大减小了开关管的电压应力,进一步提高了转换效率。分析了IBFC的各种工作状态,推导了各元件的电压应力。实验结果验证了变换器的可行性。     

基于L-C-D结构的高增益低应力直流变换器

在新能源发电系统中,需要通过直流升压变换器来实现光伏板、燃料电池输出电压的抬高。针对传统的高增益升压变换器存在开关电压应力高、结构复杂、电路损耗大等不足,提出了基于L-C-D结构的高增益低应力直流变换器。通过泵升电容和L-C-D结构的组合,有效提高电压增益,同时拥有较低开关应力和电感电流纹波。分析了该变换器的工作原理及稳态特性,给出了不同变换器之间的性能对比,最后通过实验验证了理论分析的正确性及所提变换器的可行性和优越性。     

少器件数量和低开关管电压应力的ZVS高增益光伏直流模块

文章提出了一种用于光伏直流模块的低电压应力零电压关断(zero-voltage-switching,ZVS)高增益Boost变换器。该变换器在传统Boost变换器的二极管支路中串入由1个电流双向流通的电感、1个同步整流开关管和2个电容构成的等效电压源,从而使电压增益变为原拓扑的(1(10)D)倍(D为主开关管占空比),而且减小了功率管和滤波电容的电压应力,并实现了所有开关管的ZVS和二极管的自然关断。分析了所提变换器的工作原理、稳态特性(电压增益、电压应力、电流应力)和软开关实现条件,给出了参数设计方法,并通过一台250W/100kHz实验样机验证了理论分析的正确性。实验表明,该变换器最大效率为97.7%。     

一种适用于SEPIC变换器的可拓展电压增益单元电路

因寄生参数的影响,基本DC/DC变换器的升压能力受到了限制.针对单端初级电感转换器(SEPIC)变换器提出了一种可拓展电压增益单元电路,通过在基本SEPIC变换器外围接入所提电压增益单元可有效提升变换器输入-输出电压增益,并降低开关器件的电压应力,该变换电路还具备基本SEPIC变换器输入电流连续、低纹波的优点.同时所提...     

一种带三绕组耦合电感的级联型高增益功率变换器

提出一种带三绕组耦合电感的级联型高增益功率变换器。采用三绕组耦合电感、开关电容技术和级联结构,该变换器可实现更高电压增益。变换器的输入电感可有效降低输入电流纹波,从而减小输入电源应力。此外,耦合电感的漏感能量由输出端回收利用,提升效率的同时,能够抑制开关管的电压尖峰,降低其电压应力。详细分析带三绕组耦合电感的级联型高增益功率变换器的工作原理,以及连续导通模式下变换器的稳态性能。最后搭建一台30V输入、380V/0.3A输出的实验样机,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。     

一种多路输入高升压Boost变换器

针对光伏发电系统模块多、输出电压低等问题,提出了一种多路输入高升压Boost变换器。首先分析了2路输入高升压Boost变换器的工作原理及性能特点,然后通过拓扑推演,得到了n路输入高升压Boost变换器。在此基础上搭建了输出功率为100 W的实验样机,实验结果表明:n路输入电压平衡时,输出电压与输入电压之比是Boost变换器的n倍;控制简单,无论各个输入电压源电压相等与否,均可以通过一套控制系统实现输出电压恒定;开关器件电压应力低,可以选择额定电压低的器件,有利于提高变换器效率。     

Expandable interleaved high voltage gain boost DC-DC converter with low switching stress

In this paper, an interleaved DC-DC step-up boost converter with high voltage conversion ratio and low voltage stresses on switches and diodes is proposed. The proposed converter has low average current passing through the diodes and switches and low input current ripple as a feature of interleaved converters. The voltage gain of the proposed converter can be increased by adding more diode-capacitor modules; therefore, the proposed converter has expandable structure. In addition, by implementing more diode-capacitor modules, the switching stresses would be more decreased. Also, to evaluate the performance of the proposed converter, it is compared with other similar presented circuits in the literature. The proposed converter is not only able to provide higher voltage gain but also has lower voltage stresses on switches and diodes. Consequently, switches and diodes with low voltage ratings can be selected. Theoretical analysis is provided in this study for each operation mode and the average current through the switches, diodes and inductors, voltage stresses on switches and diodes, voltage gain, and input current ripple are calculated. Finally, to demonstrate the accuracy performance of the proposed converter, a 450-W prototype is implemented practically.     

Non-isolated high step-up dual-input DC-DC converter with zero-voltage transition

In this paper, a non-isolated dual-input DC-DC converter with zero-voltage transition (ZVT) is proposed for renewable energy systems. The proposed converter has high step-up conversion gain without using any transformer or coupled inductors. The proposed structure consists of two boost cells, one diode-capacitor multiplier cell, and one ZVT auxiliary circuit. The main switches turn on and off under zero voltage condition and the auxiliary switch turns on under zero current condition and turns off under zero current and zero voltage conditions. Soft switching conditions, high efficiency, continuous current of input sources, low-voltage stress on switches, and returning the energy of the auxiliary circuit to the boost cell connected to the lower-voltage input are the main advantages of the proposed converter. The steady-state analysis of the converter and operation intervals are discussed. A 160-W prototype of the proposed converter is designed and implemented. Experimental results confirm the theoretical analysis. The efficiency reaches 96.7% at the nominal load by providing soft-switching for all switches. The proposed topology can be extended for multi-input applications by expanding the number of diode-capacitor multiplier and input boost cells.     

Ultrahigh step-up DC-DC converter consisting quadratic boost converter,multiplier cell,and three windings coupled inductor

This paper presents an ultrahigh step-up converter with combination of a quadratic boost converter, a multiplier cell, and a three windings coupled inductor. Main advantages of the converter include its high voltage gain, low voltage stress on the switch and most of the diodes, continuity of input current with low ripple, and existence of a common ground between the source and load. Furthermore, requiring small inductors leads to high efficiency performance of the converter. To confirm superiority of the proposed converter, it has been compared with the converters consisting coupled inductors. Analysis of the converter has been performed for its main operation modes to validate its quality and quantity factors. A prototype is built in order to experiment its performance per different conditions and evaluate the analysis. Rated values per the experiments are 25, 500, and 200 W for the input voltage, output voltage, and output power, respectively.