一种高增益交错耦合电感DC/DC变换器

提出了一种高增益交错耦合电感DC-DC变换器,采用二极管、电容和电感构建无源吸收网络,回收再利用漏感能量,开关管的开关电压尖峰得到抑制,进而减小了开关管的电压应力;选用导通阻抗低的MOSFET,降低开关损耗,改善变换器效率。将2个电容和2个耦合电感副边相结合,1个导通周期内,当电容并联导通时,储存在耦合电感中的能量给电容充电;当电容串联导通时,将能量释放给输出端,从而获得高增益。此外,二极管的反向恢复问题得到有效抑制;交错并联控制抑制了输入电流纹波,变换器性能得到改善。对电路的操作原理和模态变化作了详细分析,最后搭建了1台300 W、20 V/240 V的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

一种高增益交错耦合电感直流变换器

提出一种高增益交错耦合电感直流-直流升压变换器,适用于低输入电压、高输入电流的低压可再生能源发电系统应用场合,如光伏/燃料电池发电系统。该变换器在输入端把两个耦合电感的原边电流进行交错并联,减小了输入电流和输出电压纹波;两个耦合电感的副边串联后再与一电容相结合组成倍压单元,进一步提高变换器的电压增益。该电路结构中,使用两个交错串联的输出电容,它们既能回收利用耦合电感的漏感能量,又能钳位开关管的漏源电压,减小开关管电压应力,因此,有利于选择低导通电阻、高性能的开关器件以进一步减小功率管的开关和导通损耗。另外,耦合电感的漏感可使主开关管零电流开通,同时漏感也能控制二极管关断电流的下降率,大大减轻二极管的反向恢复问题。论文详细分析所提变换器的工作原理和稳态特性,最后通过一台实验样机验证了理论分析的正确性。     

一种高效率高增益的谐振型直流功率变换器

提出一种高效率高增益的谐振型直流功率变换器。该电路利用耦合电感、开关电容电路及输出串联结构实现高电压增益。耦合电感中的漏感能量由输出端回收,利于提升效率,降低开关管的电压应力。同时借助漏感和开关电容谐振,次级二极管的零电流开关得以实现,从而减小反向恢复的影响。详细分析了高效率高增益谐振型直流功率变换器的工作原理,及连续导通模式下变换器的稳态性能,并借助一台35 V输入、200 V/0.75 A输出的实验样机验证了理论分析的正确性。     

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。     

谐振软开关耦合电感高增益DC-DC变换器

提出一种谐振软开关耦合电感高增益DC-DC变换器,通过引入辅助网络,将Boost变换器的输出二极管替换为开关管,实现全部开关管的零电压导通(ZVS)和二极管的零电流关断(ZCS),并降低开关管的开关损耗,消除二极管的反向恢复问题。同时,变换器输出端为三个输出单元串联,提高变换器的电压增益,避免变换器工作于极限占空比,在实现高升压增益的同时降低开关管电压应力。因此可选取低电压等级、低导通电阻的MOSFET,以提高变换器效率。倍压电容与耦合电感的漏感谐振,可减小开关管关断时刻电流,降低开关损耗,进一步提高变换器效率。研究变换器的工作原理和工作特性,分析开关管ZVS条件。设计制作一台160W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于耦合电感倍压单元的零输入电流纹波高增益非隔离变换器

提出一种基于耦合电感倍压单元的零输入电流纹波非隔离型高增益DC-DC变换器。该变换器由零输入电流纹波Boost变换器和耦合电感单元组成,通过设计耦合电感电压比,实现了高升压增益特性。同时,采用无源无损吸收电路消除了漏感引起的开关管两端电压尖峰,降低了开关管的电压应力。通过增加由电容和二极管组成的倍压单元,进一步减小了开关管的电压应力,同时消除了输出二极管的电压尖峰,降低了二极管电压应力。因此,可通过选取低导通电阻、低电压等级的MOSFET,以降低变换器成本和开关管的导通损耗,提高变换器的效率。此外,还实现了变换器的零输入电流纹波,降低了输入滤波器的设计难度。文中详细分析了该变换器的工作原理及工作特性,给出了关键参数的设计原则。最后,通过实验结果验证了理论分析的正确性。     

含耦合电感倍压单元的高增益DC/DC变换器

提出一种含耦合电感倍压单元的高增益DC/DC变换器。变换器的电压增益可通过调节耦合电感的匝比得到进一步提升。由输入电感和辅助电容可组成输入电流纹波吸收电路,通过合理配置电容参数可实现输入电流的零纹波,从而可降低滤波电感体积。变换器引入耦合电感倍压单元后,开关管不直接箝位于输出高电压,因此可实现开关管的低电压应力。此外,由箝位二极管和储能电容形成的电压尖峰吸收电路可有效降低漏感引发的开关管电压尖峰。分析了变换器的工作机理和稳态特性,并推导了零输入电流纹波满足条件和参数优化方案。最后,通过一台功率为100 W的实验样机进行了可行性验证。     

基于Sepic的单开关高增益DC/DC变换器

为解决传统耦合电感型升压变换器电压增益低、输入电流纹波大等缺点.将传统的Sepic变换器与耦合电感、开关电容两种电压增益提升单元组合,提出了一种新型的高增益变换器.该变换器在提高电压增益的基础上削弱了MOS管漏、源极间于振荡所产生的电压尖峰,并且保留了Sepic变换器输入电流连续的优点,适合应用在可再生能源系统中.首先利用耦合电感替换Sepic变换器中的输出电感,随后引入开关电容单元与无源箝位电路,增加电压增益的同时还解决了漏感问题,漏感能量得到了循环利用,从而进一步提高了变换器效率.详细分析了该新型高增益变换器的工作原理,并且在实验室构建了一台额定功率为200 W的实验样机,实验结果成功验证了所提变换器原理分析的正确性与可行性.     

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。     

一种低输入电流纹波高增益软开关DC-DC变换器

针对新能源发电系统输出电压低、电压稳定性差等问题，提出一种非隔离型低输入电流纹波高增益软开关直流变换器。该变换器结合有源钳位技术和耦合电感与二极管-电容倍压结构，提高了变换器的电压增益，降低了开关器件的电压应力。耦合电感自身漏感有效缓解二极管反向恢复问题，并通过有源钳位网络回收利用了漏感的能量，开关管无关断电压尖峰。利用耦合电感漏感，所有开关管均实现了零电压软开关，提高了变换器的效率。详细分析了变换器的拓扑结构与工作原理，并对电压增益、器件电压电流应力、软开关等电路性能进行了分析。最后，搭建了一台40 V输入、400 V输出、额定功率为160 W的试验样机，实验验证了该变换器具有低输入电流纹波、高电压增益、高变换效率和低电压应力等优点。     

一种适用于光伏并网发电系统的高增益ZVT交错并联Boost变换器

本文提出了一种新型的有源交错并联ZVT软开关电路，该电路是在普通交错并联Boost变换器的基础上增加耦合电感绕组和有源箝位辅助单元形成。耦合电感绕组的引入扩展了变换器的电压增益和减小了开关管的电压应力，因此减小了开关管导通损耗。耦合电感的漏感限制了输出二极管关断电流的下降率，抑止了二极管的反向恢复，大大减小了反向恢复电流引起的损耗。有源辅助开关和吸收电容组成的辅助电路吸收并无损的转移了漏感能量，消除了主开关管上的电压尖峰。在整个开关周期内，主管和辅助管都是零电压开关，大大减小了开关损耗。最后，设计了一台40V输入、380V输出的1kW试验样机。仿真和试验结果表明，所有的功率器件均为软开关工作，本电路特别适用于光伏发电系统中低电压输入、高电压输出的前段变换。     

耦合电感零输入纹波高增益非隔离DC-DC变换器

光伏、燃料电池等新能源系统的应用使低输入电流纹波高增益DC-DC变换器成为研究热点。在一种零输入电流纹波Boost变换器基础上,采用耦合电感,提出一种零输入电流纹波高增益非隔离DC-DC变换器。通过设计耦合电感变比,可实现变换器的高升压增益特性。耦合电感中存在的漏感在减缓二极管关断电流的 di/dt 的同时,却带来了开关管两端严重的电压尖峰。为了降低开关管两端的电压尖峰,提出采用无源无损吸收电路以吸收漏感能量和开关管两端电压尖峰的零输入电流纹波高增益非隔离DC-DC变换器,进而可选取低导通电阻、低电压等级的MOSFET以降低导通损耗,提高了变换器的效率。另外,变换器几乎实现了输入电流的零纹波,基本上不需要输入滤波器,从而减小了变换器成本及体积。文中分析变换器的工作原理及工作特性,最后通过搭建一台100 W、40 V/200 V的实验样机,验证理论分析的正确性。     

高增益耦合电感组合Buck-Boost-Zeta变换器

为了提升Zeta变换器的电压增益和效率,减小开关管的电压应力,将Buck-Boost变换器与Zeta变换器进行组合并引入耦合电感倍压结构,提出耦合电感组合Buck-Boost-Zeta变换器,该变换器在提升电压增益的同时保留了Zeta变换器输出电流连续的特点,将变换器中二极管–电容支路作为无源钳位吸收回路用来吸收漏感能量,有效抑制了开关管寄生电容与漏感谐振产生的电压尖峰,进一步提升了变换器的电压增益和效率,降低了开关管电压应力。分析工作在CCM与DCM模式下的工作原理,给出各项性能参数。将文中所提变换器与其他耦合电感Zeta变换器的各项性能进行比较,给出Buck-Boost-Zeta变换器的拓展结构。最后,通过搭建一台150W实验样机,验证理论分析的正确性。     

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。     

基于耦合电感与开关电容单元的高增益DC/DC变换器

提出一种基于耦合电感与开关电容单元的高增益DC/DC变换器.将开关电容单元集成到电路拓扑中,并拓展至n个,提高该变换器调节增益的自由度,使其不仅能通过改变耦合电感匝比来调节电压增益,还能通过增减开关电容单元来改变电压增益.耦合电感中漏感的电流不能突变,使得二极管的反向恢复问题得以解决.漏感能量通过无源箝位电路得到了很好的吸收,进而降低了开关管的电压应力,提高了变换器的效率和可靠性.分析了所提电路拓扑的工作原理,并对比分析了变换器的性能特点.最后,制作了一台输入电压为20～40 V,输出电压为380 V,额定功率为300 W的样机进行实验验证.主要工作波形与理论分析基本一致,且实测最高效率为95.4％,从而验证了理论分析的正确性与所提变换器的可行性.     

耦合电感倍压单元的高增益DC/DC变换器

根据二次型Boost变换器、耦合电感和倍压单元,提出耦合电感倍压单元高增益DC/DC变换器。通过在后级Boost电路单元中引入耦合电感,以降低开关管的电压应力;耦合电感次级连接倍压单元,通过输出端叠加以提高变换器的电压增益。由二极管和电容组成的无源无损吸收电路可减少由漏感引起的开关管两端的电压尖峰。详细分析了该变换器的工作原理及工作特性。最后,通过实验结果验证了理论分析的正确性。     

适用于光伏发电系统的新型高增益DC/DC变换器

基于耦合电感、开关管与输入电压源组成的基本功率单元,提出了一种适用于光伏发电系统的新型高增益DC/DC变换器.变换器中耦合电感和二极管-电容结构组成的倍压单元提升了电路的升压比,无源箝位电路对漏感能量进行了二次利用,削弱了开关管漏、源极间的电压震荡,且箝位电容的位置进一步提升了输出电压.另外,漏感的存在缓解了二极管的反向恢复问题,优化了开关管和二极管的选择.详细解释了变换器在不同模式的工作原理,并计算出了电压增益及各元件的电压、电流应力.设计了额定功率为500 W的实验样机来评估所提变换器的可行性与优越性,样机最高效率达到了94.5％.     

一种零输入电流纹波高增益DC-DC变换器

提出一种零输入电流纹波高增益DC-DC变换器。该变换器有两个耦合电感:一个耦合电感与电感电容组合再并入输入侧,消除了输入电流纹波,且零纹波条件与占空比无关;另外一个耦合电感实现了拓扑的高增益功能,在其二次侧加入倍压电路,电压增益得到进一步增大,由于漏感的作用,二极管的反向恢复损耗几乎为零,进而可提高变换器效率。该变换器的两个有源开关互补导通,在实现零电压开通的同时,降低了谐振产生的电压尖峰,可选择低耐压开关管来提高变换器效率。最后通过一台250W的实验样机来验证该变换器的零输入电流特性和高增益高效率特性。     

一种高增益软开关Boost-Forward变换器

提出一种高增益软开关Boost-Forward变换器。通过采用耦合电感提高了变换器的电压增益,开关管两端的并联电容限制了关断时的电压变化率,降低了关断损耗,合理设置开关驱动之间的死区,实现了开关管零电压开通。开关管的电压应力均低于输出电压,可采用低导通电阻的开关管降低导通损耗。合理设计漏感大小,解决了二极管的反向恢复问题。此外,耦合电感在开关导通和关断期间均向二次侧传递了能量,提高了耦合电感利用率。最后搭建了一台实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于LC吸收电路的耦合电感倍压单元高升压增益Boost变换器

提出一种基于LC吸收单元的耦合电感倍压单元高增益Boost变换器。在Boost变换器中引入耦合电感倍压单元,通过调节耦合电感变比,可实现Boost变换器的高升压增益特性。同时,引入LC吸收电路网络,回收了漏感能量,抑制了开关管两端的电压尖峰,从而可通过选取低导通电阻、低电压等级的MOSFET,以降低变换器成本和开关管的导通损耗,提高变换器的效率。提出的变换器消除了耦合电感的二次侧漏感与输出二极管寄生电容带来的二极管电压尖峰振荡问题,从而减小了二极管的电压应力,进一步改善了变换器的效率。此外,采用LC吸收电路的高增益变换器具有输入电流连续、易实现高升压增益特性的优点,适用于新能源发电领域。详细分析了该变换器的工作原理及工作特性,给出了关键参数的设计原则。最后,通过实验结果验证了理论分析的正确性。