基于耦合电感的高增益高效率独立光伏逆变器设计

采用DC/DC/AC两级变换结构,设计了一款基于耦合电感的高增益高效率离网型独立光伏逆变器。先将蓄电池电压经过DC/DC变换器升压为360V高压直流,然后再用DC/AC逆变为220V/50Hz的交流电。前级DC/DC电路在传统非隔离型Boost变换器基础上进行了创新设计,引入了耦合电感倍压单元技术,通过设置耦合电感的匝比,使功率开关管在较小占空比下,可以获得高电压增益比,减小功率开关损耗。实验结果表明,所设计的逆变器变换效率较高,可输出高质量正弦交流电。     

应用于微逆变器的高增益DC/DC变换器设计

在光伏发电微逆变器模块中,针对传统高增益DC/DC变换器体积较大、功率器件电压应力高、电压增益仍然有限的不足,提出了一种新型的非隔离型高增益DC/DC变换器,有效克服了上述缺点。文中讨论了该变换器在连续与断续工作模式下的工作模态,分析了其稳态工作原理,并给出了其电压增益及外特性曲线。与一些常见的高增益DC/DC变换器在电压增益、电压应力和电感电流等方面进行了对比,最后根据所提出的变换器,设计并制作了一台200W原理样机,实验结果证实了理论分析的正确性。     

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。     

三开关双Boost高增益DC/DC变换器研究

燃料电池、光伏发电及电动汽车高电压等级充电系统等应用场合需要高升压比DC/DC变换器,常见的非隔离DC/DC变换器的升压比较低,难以满足实际需求.针对这一问题,提出了一种三开关双Boost高增益DC/DC变换器的拓扑结构,具有结构简单、功率密度高的特点.在分析该变换器工作原理的基础上,利用状态空间平均法建立了变换器小信号模型,并设计了双闭环PI控制器.实验结果表明,所提DC/DC变换器升压比可达到8以上,适合宽输入电压范围和高增益的要求.在系统效率方面,与传统Boost变换器相比,所提出的三开关双Boost结构DC/DC变换器最高效率可达到95.18％,且在相同实验条件下,效率变化范围远小于传统Boost变换器.在双闭环PI控制系统下,该DC/DC变换器具有较好的鲁棒性.     

基于开关电感的有源网络升压变换器的研究

在光伏并网微逆变器等需要高电压增益的场合,传统的Boost变换器由于电压增益较小,已经无法满足电压变换的需要。而隔离式DC-DC变换器由于引入了高频变压器,在系统体积和变换效率上都较非隔离DC-DC变换器存在不足,因此非隔离型高增益DC-DC变换器成为了人们研究的热点。然而传统的隔离型高增益变换器存在着变换器体积大,功率器件电压应力高,电压增益仍然有限等缺点。本文提出了一种基于开关电感的有源网络升压变换器拓扑,该拓扑具有较高的电压增益,较低的功率器件的电压应力,并设计制作了一台200W原理样机,实验结果证实了理论分析的正确性。     

一种基于DCM单元的高升压非隔离型DC/DC变换器

为解决光伏发电系统中现有DC/DC变换器升压能力低、器件应力高的问题,提出一种高升压非隔离型DC/DC变换器。该变换器采用二极管电容倍增器(diode-capacitor multiplier,DCM)升压单元来提高变换器输入、输出电压增益,并通过DCM单元中电容的安秒平衡实现输入相的自动均流。对该变换器进行性能分析、仿真验证以及关键参数计算,并依据关键参数设计了额定功率为300 W的实验样机。实验结果表明该变换器具有以下优点:输入、输出增益高且可调节,适用于对增益要求不同的场合;器件应力低,方便选型,同时提高了变换器工作效率;输入相实现了自动均流,简化了控制策略。损耗分析结果表明,该变换器的理论效率在额定工况下达到93.6%。     

双闭环控制的改进二次型Boost变换器及稳定性分析

针对光伏电池输出电压低、波动范围大等问题,引入高增益DC/DC变换器,将光伏电池输出的低电压变换为稳定的直流侧高电压,从而满足光伏发电并网要求。在传统二次型Boost变换器的基础上,将开关电感与开关电容的拓扑相结合,提出改进二次型Boost变换器,并对其工作原理、关键器件波形进行分析,所提出变换器的输出电压增益比二次型Boost变换提高两倍,开关器件的电压应力降为输出电压的一半。为了保证输出电压的稳定,提出了电感电流内环、输出电压外环的双闭环控制策略,并利用小信号分析方法证明控制参数设计的合理性,搭建MATLAB/Simulink仿真模型,通过输入电压突变、输出电压突变、负载突变等三种工况来验证所提变换器的可行性。     

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。     

新型二次型高增益DC/DC变换器及特性研究

新能源发电系统普遍存在输出电压较低的问题,一定程度上限制了新能源的发展,因此研究一款高升压比的DC/DC变换器具有重要意义。为提高DC/DC Boost变换器的电压增益,在传统二次型变换器的基础上引入开关电容和开关电感技术,提出一种新型二次型高增益Boost变换器。详细阐述了新型变换器的拓扑结构和工作原理;获得了变换器的电压增益以及各个器件的电压应力,并与其他的高增益DC/DC变换器进行对比分析;最后采用SiC器件制作了一台实验样机,验证了理论分析的正确性。结果表明,提出的变换器具有高升压比、低器件应力等优点,实现了电压增益与器件应力的良好平衡,适用于新能源系统。     

谐振式模块化直流变换器的高增益控制

随着新能源发电并网系统发展和各类新兴直流负载出现,直流配电网得到快速发展,高增益直流变换器成为不同电压等级互联的关键设备。提出了一种基于子模块级联结构的谐振式模块化直流变换器RMDC(resonant modular DC converter)拓扑,并利用子模块电容与桥臂电感构成串联谐振回路实现能量传递,同时级联结构易于获得较高的电压增益。首先分析了RMDC工作原理及关键参数和电压增益之间的数学关系;在此基础上,提出一种高增益控制方法;最后通过仿真和实验结果验证了理论分析和高增益控制方法的有效性和正确性。     

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。     

一种L-R复合型桥式DC/DC变换器

提出了一种L-R复合型桥式DC/DC变换器。该变换器在传统半桥LLC谐振变换器的基础上,仅增加一组L桥臂,有高、低2种电压增益模式。在高电压增益模式,采用脉冲宽度调制,通过L桥臂对电感线性储能,获得了比传统LLC谐振变换器更高的电压增益,具有更宽的输出电压范围,且电压增益受励磁电感影响小,电路工作无回馈电流。在低电压增益模式,采用脉冲频率调制,电压增益特性与传统LLC谐振变换器接近,但有更小的回馈电流和循环电流。详细分析了所提拓扑2种电压增益模式的工作原理,推导出增益公式,并与传统拓扑进行对比。最后搭建了一台输入电压为220 V、输出电压为100~160 V的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于三端口双向DC/DC变换器的高增益组合式交直流变换器

储能系统是保证新能源供电系统、微网及大电网安全、稳定、可靠运行的关键。为了应对储能电池电压低对双向交直流变换器电压增益和效率等带来的挑战,提出了一种基于高增益比三端口双向DC/DC变换器的组合式双向交直流变换器。基于交流侧电压周期性波动的特点,利用三端口双向DC/DC变换器同时提供高压母线端口和低压母线端口,使得部分功率仅需经过低电压增益直流变换环节处理,为高增益高效率双向交直流变换提供了有利条件。详细分析了双向组合式交直流变换器的系统架构和工作原理,给出了前后级变换器的调制和控制策略,并分析了组合式交直流变换器的功率传输特性。最后,通过实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

基于倍压单元耦合电感高增益DC/DC变换器

提出一种基于倍压单元的新型DC/DC高增益变换器.在传统Boost变换器的基础上引入倍压单元,提高变换器电压增益,并把2个储能电感进行磁集成,减小变换器体积和电感电流纹波.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、各二极管和开关管的电压应力以及电感电流纹波.与传统Boost变换器相比,电压增益提高了...     

Design of a ZVS PWM DC–DC converter for high gain applications

In this paper, a pulse width modulation DC‐DC converter with high step‐up voltage gain is proposed. The proposed converter achieves high step‐up voltage gain with appropriate duty ratio, coupled inductor, and voltage multiplier technique. The energy stored in the leakage inductor of the coupled inductor can be recycled in the proposed converter. Moreover, because both main and auxiliary switches can be turned on with zero‐voltage switching, switching loss can be reduced by soft‐switching technique. So the overall conversion efficiency is improved significantly. The theoretical steady‐state analyses and the operating principles of the proposed converter are discussed in detail for both continuous conduction mode and discontinuous conduction mode. Finally, a laboratory prototype circuit of the proposed converter is implemented to verify the performance of the proposed converter. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

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%。     

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。     

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.     

An interleaved high step‐up DC‐DC converter with double boost paths

This paper proposed a novel high step‐up converter with double boost paths. The circuit uses two switches and one double‐path voltage multiplier cell to own the double boost and interleaved effects simultaneously. The voltage gain ratio of the proposed DC‐DC converter can be three times the ratio of the conventional boost converter such that the voltage stress of the switch can be lower. The high step‐up performance is in accordance with only one double‐path voltage multiplier cell. Therefore, the number of diodes and capacitors in the proposed converter can be reduced. Furthermore, the interleaved property of the proposed circuit can reduce the losses in the rectifier diode and capacitor. The prototype circuit with 24‐V input voltage, 250‐V output voltage, and 150‐W output power is experimentally realized to verify the validity and effectiveness of the proposed converter. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.