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。     

一种改进型交错并联高增益Boost变换器

传统Boost变换器存在电压增益低、开关器件电压应力高和电感电流纹波大等问题,为了解决这些问题,设计一种具有开关电容/电感的改进型交错并联高增益Boost变换器。该变换器用两个开关电容/电感分别代替储能电感L_1、L_2,并对开关电感进行耦合集成;再加入一个电容C_3,既可提高电压增益又能降低开关管电压应力;分析了变换器的工作原理,推导了电压增益公式;分析了开关管电压应力和电感电流纹波,给出了耦合电感设计方案。理论分析和实验表明该变换器具有以下优点:电压增益提高,尤其在占空比D0.5时,是传统Boost变换器的4倍;对电感的耦合集成不仅减小了磁件体积,降低磁元件损耗,而且使电感电流纹波减小近一半;开关管电压应力减小,在占空比D0.5时,开关管的电压应力是输出电压的一半。     

少器件数量和低开关管电压应力的ZVS高增益光伏直流模块

文章提出了一种用于光伏直流模块的低电压应力零电压关断(zero-voltage-switching,ZVS)高增益Boost变换器。该变换器在传统Boost变换器的二极管支路中串入由1个电流双向流通的电感、1个同步整流开关管和2个电容构成的等效电压源,从而使电压增益变为原拓扑的(1(10)D)倍(D为主开关管占空比),而且减小了功率管和滤波电容的电压应力,并实现了所有开关管的ZVS和二极管的自然关断。分析了所提变换器的工作原理、稳态特性(电压增益、电压应力、电流应力)和软开关实现条件,给出了参数设计方法,并通过一台250W/100kHz实验样机验证了理论分析的正确性。实验表明,该变换器最大效率为97.7%。     

一种高增益耦合电感双管Sepic变换器

针对传统DC-DC变换器电压增益低,开关器件电压应力大和损耗高的问题,在传统Sepic变换器的基础上,引入耦合电感单元和有源开关电感单元,提出了一种高增益耦合电感双管Sepic变换器拓扑结构。该变换器具有高电压增益,避免了变换器工作在极限占空比状态,降低了开关器件电压应力,实现二极管的零电流关断和开关管的零电流开通,缓解二极管的反向恢复问题,减小开关管的损耗,提高变换器的效率。详细分析该变换器的工作原理,推导变换器的电压增益和开关器件的电压应力大小,研究漏感导致的占空比丢失问题对变换器增益的影响,给出关键参数设计,与其他拓扑在电压增益、开关器件电压应力等方面进行性能对比分析,最后设计一台100 W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

具有LCL单元的磁集成Boost变换器

提出一种由2个电感、一个电容和2个二极管组成的LCL单元,利用该单元的储能作用,提高升压变换器的电压增益。应用磁集成技术对电感进行耦合集成,降低电感电流纹波。为进一步增加电压增益、减小开关管的电压应力引入电容C_2。分析了变换器的工作原理,推导了电压增益公式、开关器件的电压应力和电感电流纹波。与传统Boost变换器相比,所提变换器电压增益是其3-D倍,电感电流纹波减小近一半,开关器件的电压应力是输出电压的2/(3-D)。最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

有源耦合电感倍压的高电压增益变换器

为了提升基本Boost变换器的电压增益,降低开关器件电压应力,提出一种基于耦合电感倍压的有源开关电感高增益变换器.变换器中两个耦合电感的原边组成有源开关电感结构,并引入二极管-电容支路作为无源钳位回路用来吸收漏感能量.利用变换器漏感等效电路模型分析了变换器工作模态,采用伏秒积平衡方法推导得到了变换器电压增益,并给出开关管和二极管电压应力.分析表明,两个耦合电感倍压单元可提升变换器的电压增益,耦合电感匝数比越大、耦合度越大,电压增益也越高,开关管的电压应力也越低.实验样机测试结果验证了理论分析的正确性,表明该变换器具有良好的电气性能.     

一种交错并联高增益软开关DC-DC变换器

提出了一种应用于新能源发电系统中的交错并联高增益软开关DC-DC变换器。该变换器采用交错并联结构,利用耦合电感与二极管电容网络相结合,以提高电压增益,引入ZVT辅助电路,实现了两个主开关管零电压软开关和一个辅助开关管的零电流软开关。变换器具有低输入电流纹波、高电压增益、高效率和低电压应力等优点。详细介绍了变换器的工作原理、电压增益特性、开关器件电压应力等。最后,搭建了一台200W的实验样机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。     

一种混合耦合电感和开关电容的DC-DC升压变换器

为满足工业应用中高电压增益DC-DC变换器的要求,在基本boost变换器基础上,利用耦合电感和开关电容技术,研究了一种具有高电压变比的boost变换器。该变换器将耦合电感和电容混合连接,通过耦合电感对电容进行充电,提高升压变比,而且开关管和二极管等功率器件的电压应力能够得到有效降低,同时耦合电感漏感的能量可以回收和再利用,有利于提高变换器的效率。详细分析了该变换器的工作原理和稳态特性,最后通过搭建一个实验样机,验证了理论分析的正确性。     

一种高增益DC-DC变换器实验分析

针对传统Boost升压电路受到电路元件寄生参数的影响无法实现高升压比的问题,提出了一种基于三绕组双倍压单元的新型高增益直流变换器。变换器利用二极管、电容和耦合电感构成的双倍压单元扩大电压增益,并利用无源无损吸收电路来吸收漏感能量,抑制漏感带来的尖峰电压。通过对新型变换器工作的各个模态进行详细分析,推导了电压增益及元器件电压电流应力;实验表明该新型变换器能够有效提高电压增益、降低功率开关管的电压应力。     

磁集成高增益Zeta变换器研究

针对传统升压变换器升压能力不足的问题,提出一种改进型磁集成高增益Zeta变换器。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,分析了二极管、开关管、电容的电压应力,引入磁集成技术对电感进行耦合,减小了变换器体积和电感电流纹波。与传统Zeta变换器相比,电压增益提高了（3D+1）/D倍,电感电流纹波减小1/2。通过PSIM仿真软件对理论分析进行仿真验证,并制作实验样机对仿真和理论分析进行了验证。     

一种应用于光伏并网发电系统的新型双输入DC-DC变换器

提出一种具有高增益低电压应力的双输入DC-DC变换器,该变换器由两个上下对称的耦合电感Boost变换器组成。具有单输入和双输入两个模式,在单输入状态下只有一个开关管工作;在双输入状态下两个开关管工作。新型变换器可以通过改变耦合电感的匝比来提升变换器电压增益;输出端采用三电平结构使变换器开关管和二极管电压应力减小。分析了变换器在单输入和双输入模式下的工作模态;给出了变换器主要工作波形;推导了变换器电压增益,开关管和二极管电压应力,分析了漏感对变换器的电压增益的影响。通过实验验证了理论分析的正确性。     

高升压增益软开关DC-DC变换器

在软开关Boost变换器基础上,通过引入Flyback单元,提出了一种高升压增益软开关DC-DC变换器,进一步提高了变换器的电压增益,避免了高占空比,减小了开关管电压应力。因此,可选取低电压等级低导通电阻MOSFET以降低变换器的成本,提高变换器的效率。在开关管关断期间,漏感能量向负载传递,有效利用了漏感能量,且无需额外的吸收电路。此外,变换器实现了开关管的零电压(ZVS)导通和二极管的零电流(ZCS)关断,进而消除了开关管的开通损耗和二极管的反向恢复损耗。研究了高升压增益软开关DC-DC变换器电路的工作特性和占空比丢失的主要原因,分析了该变换器的元器件应力及电路损耗。设计了一台160W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

A New Soft Switching qZSC Converter by Using Coupled Inductor

Solar energy is a very cost efficient energy in terms of construction and maintenance that has no pollution and can be found everywhere. So, various converter topologies are used as an interface converter for solar panels. The boost converter is the conventional converter used in photovoltaic (PV) application. But, it has several problems such as instability in Continuous Conduction Mode (CCM), input inrush currents, short circuit protection and etc. These problems, lead to use Z-Source and quasi Z-Source Converter (qZSC) which have higher gain compared to traditional boost converter, lower current ripple at the input without using any extra filters, buck and boost capability, lower output ripple and higher reliability. In this paper a soft switching technique for qZSC converter with coupled inductor and without any auxiliary switch is proposed for PV application. By adding an auxiliary circuit, which includes a coupled inductor, diode and capacitor, soft switching condition is provided for all semiconductor elements of the proposed converter. The proposed converter is theoretically analyzed and to confirm the validity of the theoretical analysis, it is simulated by ORCAD and a laboratory prototype is built. The proposed converter shows six percent efficiency improvement in comparison with hard switching counterpart.     

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。     

A new interleaved bidirectional dc/dc converter with zero voltage switching and high voltage gain: analyses,design and simulation

In this paper, a new interleaved non‐isolated bidirectional dc–dc converter with capability of zero voltage switching and high voltage gain is proposed. In the proposed converter by using two coupled inductors and one capacitor, the voltage gain is extended. Moreover, by using only an auxiliary circuit that includes an inductor and two capacitors, the zero voltage switching (ZVS) of two used switches in the first phase of converter can be achieved. The ZVS operation of two used switches in the second phase is always obtained without using any extra auxiliary circuit. This converter similar to other interleaved converters has low input current ripple and low current stress on switches. In this paper, the proposed converter is analyzed in all operating modes, and also the voltage gain, required conditions for ZVS operation of switches, voltage and current stresses of all switches, and the value of input current ripple in both boost and buck operations are obtained. Finally, the accuracy performance of the proposed converter is verified through simulation results in EMTDC/PSCAD software. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种新型零电压零电流开关三电平DC/DC变换器的研究

该文介绍了一种新型的带有简单辅助电路的零电压零电流开关（ZVZCS）三电平DC/DC变换器，它的辅助电路不含耗能元件和有源开关，可实现超前管的零电压开通和滞后管的零电流关断。耦合电感取代了常规滤波电感，它所感应出的电压由功率变压器反射到初级，使得变换器在零状态时的循环电流减小到零。通过改变耦合线圈的匝数比，可以任意设置用于电流回零的电压幅值的大小，调节电流回零的时间。文中介绍了该变换器的工作原理，讨论了设计参数。通过实验验证，该电路具有辅助电路简单、效率高、整流二极管承受的电压低和环流自动调节等优点，适用于高电压、大功率的应用场合。