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。     

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。     

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。     

非隔离新型高增益DC-DC升压变换器

针对光伏发电系统中光伏电池板输出电压低,而要求其并网逆变器前端直流母线输入电压高的特点,提出了一种非隔离型高增益DC-DC升压变换器。对其工作原理和性能特点进行了详细的理论分析。并制作了一台输出功率为200 W的实验样机,实验结果表明该变换器具有如下特点:在相同占空比的条件下,变换器具有2倍于传统Boost拓扑结构的电压增益;变换器中两有源开关管的电压应力为传统Boost电路中有源开关管电压应力的一半;变换器中两电感电流一直相等而无需任何均流控制,外加两有源开关管采用同步控制,控制策略简单。     

一种非隔离改进二次型Boost高增益DC-DC变换器

为克服二次型Boost变换器升压能力受限、开关应力大等问题,提出一种非隔离改进二次型Boost高增益DC-DC变换器。所提出的变换器具有两种拓扑结构。对两种拓扑结构的工作原理进行了分析,从理论上推导了电路拓扑的电压增益和开关应力,并与现有变换器进行比较。提出的变换器在提高输出增益的同时,还能降低开关应力、提高转换效率。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,仿真结果验证了理论计算的正确性。搭建了样机,通过理论推导和样机试验结果的对比分析,验证了该变换器设计方案的可行性。     

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。     

三电感开关电容高增益Boost变换器

锂电池、光伏电池、燃料电池等新型储能器件的发展,对直流变换器的纹波和增益性能有了更高的要求。为此提出了一种结合三电感与开关电容的高增益Boost变换器拓扑组合,该拓扑结构基于三电感单管高增益Boost变换器,通过在后侧增加开关电容网络,可保证单管在相同占空比条件下实现更高的电压增益,并通过理论分析和仿真实验进行了验证。     

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。     

改进单周期控制策略的双向大变比DC-DC开关变换器

大变压比的双向DC-DC变换器广泛地应用于电池的充放电系统、电动汽车、不间断电源、启动/发电系统、光伏发电系统和航空电源系统等场合,其重要性能指标是效率、质量和成本。但是传统非隔离型双向DC-DC变换器在高频下难以取得较大变压比,同时会导致较大的电压电流应力和较大的损耗。为实现非隔离型双向DC-DC变换器的大变比应用,将耦合电感引入非隔离双向DC-DC变换器,实现输入输出电压大变比和效率提升;针对新型双向大变比直流变换器升降压Buck/Boost电路,提出一种改进单周期控制模型,该模型基于所提电路不同工作模式下的有效占空比并结合输出反馈补偿控制,实现有效控制和提高负载的动态响应能力。分析具有耦合电感双向DC-DC开关变换器的工作原理和控制特性,并通过计算机仿真和样机实验验证了所提电路和控制策略具有更高的转换效率、更强的鲁棒性和优良的抗扰动能力。     

基于无源缓冲电路的零电压关断非隔离型高增益DC-DC变换器

提出一种基于无源缓冲电路的零电压关断非隔离型高增益DC-DC变换器。在所提无源缓冲电路的帮助下,所有功率开关实现了零电压关断(ZVT),开关关断损耗有效减少,变换器整体工作效率得以提升。在电压倍增单元的帮助下,所提变换器输入输出电压实现了高增益变换,且输入输出增益比可以根据电压倍增单元中增益单元数进行调节。上述性能特点使得所提变换器较适用于光伏发电系统。该文对变换器的拓扑架构进行了简要阐述,并对含有2个电压倍增单元的变换器工作原理及性能特点进行了详细分析,最后搭建了1台功率为800 W的实验样机进行实验,验证了理论分析的正确性。     

一种输入电流连续的新型高增益DC-DC升压变换器

高增益DC-DC变换器正越来越多地应用于太阳能光伏或其他可再生能源发电系统.良好的稳态和动态性能以及更高的效率,是为上述应用选取变换器的先决条件.为此,提出一种高增益DC-DC升压变换器.首先,详细阐述了该新型变换器的拓扑结构与工作原理,在此基础上,对其电路参数进行了设计.然后,将所提变换器与最近提出的其他类似变换器在...     

一种高增益双向准Y源DC-DC变换器

针对传统双向DC-DC变换器电压增益小、传输效率低等问题,提出了一种改进型高增益双向准Y源DC-DC变换器电路拓扑,通过调节双向功率开关管的导通占空比和耦合电感的匝数比,实现功率双向传输的目的。电路拓扑结构简单,传输效率高,具有连续的输入电流,绕组匝数比设计灵活,进一步提高了电压增益,调压范围更宽。首先对电路的拓扑结构和工作原理进行了分析,并通过数学公式推导证明了其正、反向2种工作状态下的升/降压性能;然后用Matlab/Simulink软件进行了仿真分析;最后搭建实验样机进行验证,仿真和实验结果均证实了电路拓扑的可靠性和优越性。     

Design and analysis of a high step-up single-switch coupled inductor DC-DC converter with low-voltage stress on components for PV power application

This paper presents a single-switch, high step-up, non-isolated DC-DC converter for photovoltaic (PV) power application. The proposed converter is composed of a coupled inductor, a passive clamp circuit, a voltage multiplier cell, and a voltage lift circuit. The passive clamp circuit recovers the leakage inductance energy of the coupled inductor and limits the voltage spike on the switch. Configuration of the passive clamp and voltage multiplier circuits increases the converter voltage gain. High-voltage gain without a large duty cycle, low turn ratio of the coupled inductor, low-voltage stress on the switch and diodes, leakage inductance energy recovery, and high efficiency are the main merits of the suggested DC-DC converter. Steady-state operation of the converter in continuous conduction mode (CCM), discontinuous conduction mode (DCM), and boundary condition mode (BCM) is discussed and analyzed in detail. Then, design procedure of the proposed converter is given. The presented DC-DC converter is compared with similar topologies to verify its advantages. Moreover, theoretical efficiency of the presented converter is calculated in details. Finally, simulation and experimental measurement results of 388 V-220 W prototype of the proposed DC-DC converter at 50-kHz switching frequency are presented to verify its performance.     

光伏发电系统高增益DC/DC变换器的研究

介绍了多种应用于光伏发电系统的前级DC/DC电路拓扑的优缺点,总结了DC/DC变换器应用于光伏发电系统中出现的新技术。提出了4种软开关高性能、高增益DC/DC非隔离及隔离型变换器的基本思想,以实现所有功率开关管的软开关。     

P-type non-isolated boost DC-DC converter with high voltage gain and extensibility for DC microgrid applications

In this paper, the concept of converter design, using the least number of elements and achieving high voltage gain at the low duty cycle, is proposed for the microgrids. One of the important issues in the microgrids is boosting the low voltage output of sources to the utility voltage level. Therefore, the step-up DC-DC converters are widely used in these systems to attain the utility voltage. The benchmarking of the converters mainly in terms of the voltage gain, efficiency, the number of active and passive components, stresses on semiconductors, and simplicity is considered. In this paper, a new extendable non-isolated boost DC-DC converter is presented. Comparing the conventional boost converter, the basic structure of the proposed converter has a high voltage gain and reduced stress on the switch. To increase the voltage gain, the basic structure of the proposed converter can be easily extended. The modulation technique employed is high-frequency pulse-width modulation (PWM). The detailed analysis of the proposed converter in continuous current mode (CCM) and discontinuous current mode (DCM) is presented. The relations between currents and voltages and the voltage gain in CCM and DCM are obtained. Experimental results are carried out to verify theoretical concepts by using the hardware prototype.     

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。     

Single Switch DC-DC Boost Converter using Diode-Capacitor Module and Capacitor-Inductor-Capacitor Lift

ABSTRACT–

This article presents a single switch DC-DC boost converter using diode-capacitor (DC) modules and capacitor-inductor-capacitor (CLC) lifts. This topology can step-up the voltage of battery-input sources and power the DC-voltage bus of practical applications. The output voltage is the superposition of the voltage of capacitors in each module and inductors in each lift. Operational modes in on-off state can largely increase the step-up ratio of the proposed converter. The voltage gain of the circuit has a wide range with only one switch to control the operation of it. In addition, the extended circuit with multi-module and multi-lift is also derived and analyzed in this article to expand the potential application of the proposed topology. The steady-state characteristics of the proposed circuit are presented in detail in this article. Hardware-based circuit employing one module and one lift will be tested using a battery and experimental results can verify the potential value of this design.