基于电荷泵单元的交错并联高增益直流变换器

高增益直流变换器是新能源发电技术的重要环节,针对新能源发电系统小电压、大电流的输出特性,需要使用升压拓扑结构提升电压等级以满足后级负载稳定运行。由于传统升压变换器存在电压增益有限的不足,无法实现新能源发电系统并网运行。此处提出一种基于电荷泵单元的交错并联高增益直流变换器,在交错并联升压变换器的输入侧/输出侧增加若干个由二极管、电容组成的电荷泵单元。该变换器结合电荷泵单元电压倍增能力强和交错并联结构电流纹波小的特点,具有电压增益高、电感电流平均值小、开关管/二极管电压/电流应力低的优势。最后搭建了一台150W功率变换实验样机,实验结果验证了变换器的有效性与高效率,当输入电压为10 V、输出电流为1.25 A时,系统整体效率可以达到94.2%。     

多单元开关电感/开关电容有源网络变换器

高增益DC/DC变换器被广泛的应用于绿色能源发电、不间断电源(uninterrupted power supply,UPS)等工业场合。讨论常见高增益电路中开关电感、开关电容单元各自的优缺点,对有源网络升压变换器及传统Boost电路进行一系列性能对比,并在这些基础上衍生出多单元开关电感/开关电容有源网络升压变换器。该变换器结合了开关电感、开关电容单元以及有源网络结构各自的优点,与现有的高增益变换器相比,此变换器升压能力更高,功率器件电压/电流应力更小。在理论研究的基础上,实验结果验证了多单元开关电感/开关电容有源网络升压变换器的优点。     

一种基于改进型Sepic的零纹波高增益直流变换器

针对光伏发电、燃料电池等新能源发电系统存在的输出电压低、DC/DC变换器输入电流纹波大等问题,提出了一种基于改进型Sepic的零纹波高增益直流变换器。该变换器将改进型Sepic变换器原本的两个电感进行耦合处理,通过结构设计将耦合电感和CD(电容、二极管)升压结构结合,实现高输出电压增益,同时利用电容钳位技术和输入电感实现输入电流零纹波,既提升了新能源发电系统的发电效率也解决了新能源发电系统并网电压低的问题。详细分析了所提变换器的工作原理和输入电流纹波特性、电压增益特性以及开关器件的应力特性,并给出了关键参数的设计。最后搭建了一台100W、36/360V的试验样机,验证了设计方案的可行性。     

基于有源网络的高增益直流变换器

针对在利用新能源的过程中对高增益变换器的需求,提出了一种基于有源网络的高增益直流升压变换器,其电压增益为Boost电路的2倍、其开关管的电压应力为Boost电路的50%。严谨地推导了所提变换器工作的电感电流连续模式(CCM)、电感电流断续模式(DCM)下电压增益、开关管电压应力和二极管电压应力,并最终通过实验样机所得实验结果验证了所做理论分析的正确性。     

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。     

一种低输入纹波双开关高增益变换器

为了实现高效电能变换以并网发电,针对并网发电系统中光伏、燃料电池等清洁能源输出电压低的问题,提出了一种低输入纹波双开关高增益变换器.该变换器在实现电压高增益的同时通过将两个电感器的一侧连接输入端,可以实现输入电流的连续性以及降低电感电流.介绍了该变换器的工作机理以及参数设计方法,对比分析了不同高增益变换器性能.通过Matlab/Simulink对上述理论分析进行了仿真验证.仿真结果表明,该变换器能够实现直流电压的高增益,保证输入电流的连续性,同时减小了电感电流值.     

一种新型的双开关高增益变换器

在新能源发电系统中,由于单体光伏电池产生的电压较低,需要采用高增益变换器以得到较高的直流母线电压.提出了一种基于开关电容的双开关高增益变换器,能够在较小的占空比下得到所需的电压增益.该变换器通过利用开关电容进一步提升电压增益的同时,可进一步降低开关管的电压应力,通过将两个电感的一侧并联接入输入端,可进一步减小电感电流,对提升功率密度有利.详细分析了该变换器的工作机理以及参数设计方法,通过Matlab/Simulink对上述理论分析进行了仿真验证,并给出了实验验证结果.仿真和实验结果表明,该变换器具有高增益变换、低电感电流,能够满足新能源发电高增益的需求,与理论分析一致.     

具有高增益、低输入电流纹波的Boost变换器研究

针对光伏、燃料电池等低压可再生能源发电系统,在传统Boost变换器基础上,利用耦合电感的原边替代基本Boost变换器中的独立电感,同时引入一个较小的辅助电感,提出一种单开关高增益、低输入电流纹波Boost变换器。耦合电感的使用,既增加了变换器的控制维度,又能在合适占空比条件下实现较高的电压增益;较小的输入电流纹波可以改善变换器对前端低压输入电源的电磁干扰;另外,该变换器中开关管的电压应力可以得到有效降低,有利于选取低电压等级、低导通电阻的高性能开关器件,以提高变换器的性能;详细分析了该变换器的工作原理及其稳态工作特性,并通过实验验证了理论分析的正确性与有效性。结果表明,所提变换器可以实现较高的电压增益和较小的输入电流纹波,具有实用价值。     

一种适于燃料电池发电用高增益Boost变换器

针对燃料电池等低电压微型电源的特点,研究了适于燃料电池发电用低输入电流纹波、高电压增益Boost变换器。该变换器是在传统两相Boost变换器结构的基础上引入中间储能电容,采用互补控制方法控制两个主开关管,其主要特点是:具有较高的电压增益,同时可有效降低功率开关管和二极管的电压与电流应力;根据电路中所采用开关占空比的大小来合理设计两个电感的感值,可以实现零输入电流纹波。文中详细分析了电路的运行原理及其稳态特性,最后通过实验验证了该拓扑的正确性和有效性。     

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.