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。     

新型高增益DC/DC升压变换器的研究

随着燃料电池、光伏发电、超级电容混合系统等新能源发电系统逐渐受到人们的重视,高增益、高效率、低器件应力的DC/DC变换器得到了广泛的研究与应用。此处在Buck-Boost和Boost级联变换器基础上引入开关电容技术设计了新型高增益低应力DC/DC升压变换器。首先分析了新型高增益低应力DC/DC升压变换器的工作原理及开关管与电容应力,并与开关电容Boost变换器、传统二次型Boost变换器、Buck-Boost和Boost级联变换器的增益、电容应力,开关管应力等进行比较。分析表明该变换器拥有更高的电压增益以及更低的器件应力。最后在理论分析的基础上进行仿真实验并搭建了一台基于碳化硅(SiC)功率器件的实验样机,对理论分析的正确性和可靠性进行了验证。     

一种新型两开关高增益DC/DC变换器

高增益DC/DC变换器被广泛应用于生产生活中,而现有电路拓扑的电压增益往往有限,为此提出了一种新型两开关高增益变换器.与现有变换器拓扑相比,所提拓扑在器件数量基本不变的情况下实现了更高的电压增益.分析了变换器的工作原理和相关性能,并与现有电路拓扑进行了比较分析,最后搭建了实验样机进行验证,实验结果证明了所提变换器的有效性和可行性.     

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。     

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.     

一种基于同步控制双输入高升压DC/DC变换器

目前,光伏并网系统中DC/DC变换器普遍存在升压能力不足、有源器件电压应力较高等问题。针对这类问题提出了一种基于同步控制双输入高升压DC/DC变换器,该变换器具有升压能力强、有源器件电压应力小的特点,其采用同步控制的方式降低了控制系统的设计难度,双输入的拓展也提高了变换器使用的广泛性。首先,分析所提变换器的工作原理;然后计算变换器有源器件和无源器件的电气参数,并进行参数设计;最后结合设计参数,搭建基于PSIM的变换器模型进行仿真,并搭建1台功率为400 W的实验样机,通过实验样机得到的所有波形均与仿真波形一致,验证了所提变换器的有效性。     

大功率UPS系统中宽增益DC/DC变换器的研究

为减少蓄电池的串联数量、延长蓄电池组单独供电的工作时长,设计一种应用在大功率不间断电源系统(Uninterruptible Power Supply,UPS)中的宽增益DC/DC变换器,接口于UPS系统中直流母线与蓄电池组之间,在功能上提升蓄电池组供电可靠性的同时也降低蓄电池组的体积和成本。相比传统DC/DC变换器,所提拓扑在结构上进行优化,将所用功率器件的电压应力进行大幅度降低,同时极大地提高了电压增益上限和实际工况下的增益允许变化范围。通过试验验证,所提出变换器可以在PI电压闭环的控制策略下实现4～10倍的升压增益,使用的所有功率开关器件的电压应力仅为输出电压的三分之一。并通过效率试验验证了该变换器适用于大功率应用场景,具有较高的研究和推广价值。     

远海风电场直流汇集用DC/DC变换器拓扑研究

远海风电场直流汇集方式可避免交流汇集系统中存在的多级升压、大量电抗接入和系统稳定性差等问题,具有投资设备少、汇集系统简单可靠等技术优势。作为风电场直流汇集系统中的核心设备,高变比DC/DC变换器的拓扑研究尤为重要。首先,研究了风电场并联型直流汇集系统的组网架构、系统控制和汇集系统电压选择等问题;其次,从功率、电压变比和隔离等角度对风电场直流汇集用中、高压DC/DC变换器进行了技术需求分析,为DC/DC变换器拓扑设计提供约束条件;然后,在考虑现有器件水平的基础上,提出了适用于风电场直流汇集的移相多重化三电平和模块化多电平DC/DC变换器的电气拓扑及其控制策略;最后,通过仿真验证了所提中、高压DC/DC变换器电气拓扑的可行性,并表明所提DC/DC变换器的控制满足并联型直流汇集系统的控制要求。     

基于开关电容的高电压增益DC/DC变换器研究

高电压增益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,是上述应用选取变换器的先决条件。为此,这里提出一种基于开关电容技术的高电压增益DC/DC变换器。首先,详细阐述了基于开关电容的高电压增益DC/DC变换器的拓扑结构与工作原理;然后,在此基础上,对其电路参数进行了设计;最后,制作了试验样机对其进行试验验证。试验结果表明,所提变换器拓扑结构简单,在占空比较小的情况能够获得高电压增益,且对半导体元件的电压应力低。此外,该变换器的电感与输入电源串联,因此可以实现连续的输入电流。     

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。     

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%。     

一种交叉倍压型高增益DC/DC变换器

针对光伏发电、燃料电池发电等领域对高增益直流变换器的需求,以两相交错并联升压变换器为研究对象,由2个含有电感的倍压单元组合设计出实现电压提升的交叉倍压结构,据此提出了一种新颖的交叉倍压型高增益DC/DC变换器。该变换器可实现(3n+4)/(1-d)倍的高电压增益(1∶n为耦合电感匝数比,d为变换器占空比),且具有电路器件的低电压应力特性。对于漏感引起的开关管电压尖峰问题,引入了钳位电容构成释放漏感能量通道,同时提升了输出电压。介绍了新型交叉倍压型高增益变换器的拓扑结构,分析了变换器各模态的工作过程,推导了电压增益、输入电流纹波及各器件电压应力等稳态特性,并搭建样机进行实验研究,验证了该直流变换技术方案的可行性和先进性。     

新型ZVT高增益DC/DC变换器

针对普通升压变换器输出电压低及开关损耗大的问题,本文提出一种新型零电压关断高增益DC/DC变换器。文中首先对1个工作周期内不同状态下工作状况进行了分析,然后对所提变换器性能特点进行分析并计算给出电压增益比与开关二极管的电压及电流应力。理论分析表明,所提方案有效提高了变换器输入输出增益及工作效率,且开关管的电压及电流应力得到有效降低。最后,通过1台功率为800 W的实验样机进行了验证和相应的损耗分析,实验结果证明了理论分析的正确性。     

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。     

一种低电压应力高升压比DC/DC变换器的研究

随着“碳中和”、“碳达峰”日益受到关注,可再生能源发电并网技术得到迅速发展。高升压比DC/DC变换器作为新能源发电技术中的关键环节,受到了广泛的研究与应用。在Buck-Boost与Boost变换器级联的基础上,引入改进的电压举升技术,通过二者的组合变形,设计出新型的低电压应力高升压比DC/DC变换器。通过对提出的变换器进行工作原理分析以及各器件的应力计算,并与传统的Boost变换器、Buck-Boost与Boost级联变换器、改进型电压举升Boost变换器的升压比、开关管应力以及电容应力比较,对比可得此变换器具有升压比高,开关管、二极管和电容电压应力低等优点。可有效提升变换器的功率密度,降低开关管及二极管功率损耗,提升效率。最后通过采用SiC器件搭建一台实验样机,验证了理论分析的正确性。     

高增益准Delta源耦合电感DC/DC变换器

提出了一种输入输出共地、输入电流连续的高增益准Delta源DC/DC变换器。在准Y源网络的基础上,重新设计三绕组耦合电感的绕组连接方式。所提准Delta源DC/DC变换器与准Y源DC/DC变换器相比,在相同耦合电感绕组系数的情况下实现了更强的升压能力,在更小的直通占空比范围内实现了高电压增益。对准Delta源DC/DC变换器进行了理论分析,并搭建了100 W的样机验证理论分析的有效性。     

多相交错并联自均流高增益DC/DC变换器及其控制策略

针对多相交错并联高增益DC/DC变换器在传统固定相移(2π/M)控制方式下,变换器会随着相数M的增加其只能在有限占空比范围(M-1)/M≤D<1内实现各相电流均流的问题,依据在多相变换器拓扑内电容电荷平衡原理以及各相电流均流条件,提出了一种可变移相的自动均流控制策略。所提控制策略只需任意两相相邻相位差φ满足2π(1-D)≤φ≤2πD条件,即可使得任意M(M≥2)相交错并联高增益DC/DC变换器在占空比[0.5,1)范围内均能实现各相电流自动均流。此外,对多相变换器中的电容电压纹波、电感电流纹波、电压增益、各相电流以及开关器件的应力进行了详细分析。最后,以四相高增益DC/DC变换器为例进行了模态分析,并搭建了一台低压输入/高压输出、功率300W的实验样机,实验结果验证了所提控制策略的有效性和正确性。     

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。     

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.同时所提电压增益单元中不含有有源开关,使得基本SEPIC变换器的驱动及控制电路都相适应,无需变化.对所提变换器的工作原理和性能特点进行了详细的阐述,并构建了一台300 W的实验样机,对理论分析进行了验证.