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。     

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。     

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。     

一种三绕组零纹波高增益DC/DC变换器

新能源并网发电系统的应用使得零纹波高增益DC/DC变换器成为研究热点。在一种耦合电感型DC/DC变换器的基础上,引入无源零纹波电路,推导得到一种三绕组零纹波高增益DC/DC变换器。三绕组耦合电感实现了高增益的同时,还实现了零纹波功能。倍压电路的使用,使得变换器的电压增益进一步得到提高,还限制了二极管寄生电容与漏感谐振产生的电压尖峰。两个有源开关相互钳位,限制了开关管关断时刻的电压尖峰,还实现了零电压开通。变换器功率器件的电压应力均远低于输出电压,可选用低耐压器件来提高变换器效率。最后搭建一台250W、48V/380V的实验样机验证理论分析的正确性。     

宽电压范围双移相控制多倍压高增益软开关隔离升降压变换器

提出一种适用于宽电压范围、低电压输入应用场合的多倍压高增益软开关隔离升降压变换器及其控制方法。通过将倍压型双有源桥变换器与倍压整流电路相结合,实现了高增益隔离升降压变换。通过采用双移相控制策略,使得一次、二次侧开关管能够在宽电压和宽负载范围内实现软开关,且二极管都可以实现零电流关断、无反向恢复损耗。变压器漏感可以作为能量传输电感的一部分,不存在漏感引起的电压尖峰问题,且一次侧开关器件的电压应力钳位在输入电压,二次侧开关器件的电压应力仅为输出电压的一半,器件电压应力低。详细分析了变换器的工作原理、控制策略和特性,实验验证了所提出拓扑及其控制方法的正确性和有效性。     

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。     

一种新型单开关直流高增益变换器

针对传统Boost电路电压增益有限及变压器、耦合电感等升压电路存在漏感的问题,提出一种无变压器、无耦合电感的新型单开关高增益变换器,将2个电压升举单元引入Boost拓扑,提高了电压增益且降低了开关管、二极管电压应力,同时在电压升举单元中加入小电感,在不影响效率的情况下,抑制开关管开通瞬间的尖峰电流。详细分析了新型变换器在一个开关周期内不同模态下的工作状况,建立了系统的直流稳态模型,给出变换器的电压增益比及功率器件的电压应力。仿真和实验结果表明,当开关管占空比为65%时,电压增益约为14.88,且开关管与二极管在同等输出电压情况下,其电压应力小于传统Boost。该变换器输出电压高,输入电流纹波小,开关管电压电流应力低,且电感电流一直处于连续模式。     

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。     

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。     

一种低输入纹波电流的高增益软开关Boost变换器

针对新能源应用系统中输出电压低的问题,提出一种低输入纹波电流的高增益软开关Boost变换器。该变换器通过在二次型Boost电路的基础上加入耦合电感和倍压电路来提高增益。理论分析与实验结果表明该变换器具有高增益的同时还具有以下优点:1)输入电流为Boost电感电流,相对于耦合电感型变换器来说,其纹波得到大幅降低;2)所有开关管均实现了软开关,降低了开关损耗;3)由于漏感的作用,倍压电路中的二极管反向恢复损耗几乎为0;4)所有元器件的电压应力均低于输出电压,可采用低耐压元器件来降低导通损耗;5)耦合电感在开关导通和关断期间均传递了能量,提高了利用率,从而可提高功率密度。     

改进型三态开关交错并联高增益DC/DC变换器

研究了一种改进型三态开关高电压增益变换器。在输入并联-输出串联交错控制变换器基础上,将耦合电感初级引入变换器输入端,有效抑制输入电流纹波,实现输入电流自动均流的效果;两个耦合电感的次级与电容、电感构成电压倍增单元串联接入输出端,进一步提升变换器电压增益。该拓扑结构中两个串联的输出电容,既能回收再利用耦合电感的漏感能量,又能箝位开关管的漏源电压,减小开关管的电压应力,有利于选取低电压等级、低导通阻抗的开关器件,有助于减小功率管的导通与关断损耗。通过合理的漏感设计有效抑制了二极管的反向恢复问题,实现开关管零电流开关(ZCS)导通降低开关损耗。详细分析了所提变换器的工作原理与稳态工作特性,实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于耦合电感的新型高增益软开关直流变换器

针对升压直流变换器的高增益问题,以一种带有泵升电容的Boost变换器为基础,提出一种基于耦合电感的新型高增益软开关直流变换器。讨论该变换器的工作原理、性能对比分析、关键参数设计,并且通过仿真验证了理论分析的正确性。该变换器通过引入耦合电感和倍压电容不仅拓展了调控电压增益的自由度,突破了仅由占空比来提升电压的局限,还减小了输出二极管的电压应力,且耦合电感中的漏感缓解了二极管反向恢复问题。利用有源钳位的方法减小了开关两端的应力,并使所有开关管实现软开通,使电路损耗得以降低。     

双耦合电感零输入纹波高增益QBC-VMU集成变换器

低输入电流纹波高增益DC-DC变换器是光伏、燃料电池等低电压输入分布式发电系统的重要组成部分,对推广应用可再生能源发电起着重要作用。该文基于二次型升压变换器和倍压单元,提出一种双耦合电感零输入电流纹波高增益QBC-VMU集成变换器。通过二次型升压变换器输入电感和储能电感的耦合,合理地配置匝比和耦合系数,可近似实现输入电流的零纹波。倍压电路中的储能电感由一对耦合电感代替,可获取高升压增益,且避免出现极限占空比。由箝位二极管和储能电容组成的吸收电路,可降低由漏感造成的开关管两端的电压尖峰;倍压电路中的续流二极管和储能电容组成的漏感能量回收电路,可降低能量损耗,提高变换器效率。该文在分析变换器工作原理及切换模式的基础上,搭建一台输入/输出电压为18V/200V的实验样机,样机测试结果验证了理论分析的正确性。     

一种带耦合电感的有源钳位高增益Boost变换器

该文提出一种带耦合电感的有源钳位高增益Boost变换器。通过引入耦合电感提高电压增益;采用有源钳位电路实现漏感能量的回收、抑制开关管关断电压尖峰,并为开关管实现零电压开通创造条件;通过合理设计漏感大小,有效解决二极管的反向恢复问题。该文所提变换器的主要不足是二极管的寄生电容和漏感会发生谐振,需要采用电阻电容二极管(resistor-capacitor-diode,RCD)吸收电路来抑制电压峰值。该文在分析变换器工作原理的基础上,对其性能进行了详细分析,最后搭建了一台48 V输入、380 V输出、额定功率为250 W的试验样机,实测最高效率为94.5%,实验结果验证了理论分析的正确性。     

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。     

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。     

耦合电感二次型高增益Boost变换器

为解决二次型Boost变换器功率器件电压应力大以及耦合电感Boost变换器开关管电压尖峰高的问题,结合二次型Boost变换器和耦合电感Boost变换器的特点,提出一种耦合电感二次型高增益Boost变换器。该变换器能够吸收漏感能量,抑制开关管两端的电压尖峰,且能将漏感能量向负载传递,提高了变换器的工作效率;通过引入桥式倍压单元,在提高变换器电压增益的同时,可将耦合电感副边线圈两端的交流电压整流为直流电压,降低了输出二极管的电压应力;通过合理设计耦合电感的耦合系数,可实现功率开关管的零电流开关以及输出二极管的零电流关断,提高了变换器的工作效率;该电路拓扑中所有功率器件的电压应力均低于输出电压,可选取低耐压、低寄生参数的功率器件,降低了变换器的成本。最后搭建了额定功率100 W的实验样机,实测额定功率下变换器的效率达到92%,实验结果验证了理论分析的正确性。     

隔离型三绕组耦合电感交错式DC/DC变换器

讨论了四种隔离型交错式DC/DC变换器结构的特点,并在交错式Flyback变换器的基础上,引入三绕组耦合电感概念,实现了Flyback型变换器到Boost型或Buck型变换器的转换.然后,在三绕组耦合电感演绎出的一次侧并联/二次侧串联Flyback-Boost变换器上,采用有源钳位软开关电路,不仅实现了主开关管和辅助开关管的零电压软开关特性,而且只需要一组钳位软开关电路就无损地吸收了两相交错电路的漏感能量、抑制了主开关管的关断电压尖峰.三绕组耦合电感的漏感限制了输出二极管关断电流的下降速率,有效地抑制了二极管的反向恢复电流.最后,设计了一台40V输入、760V输出1kW的三绕组耦合电感实现的一次侧并联/二次侧串联交错式有源钳位软开关Flyback-Boost变换器的试验样机.实验结果验证了理论分析的正确性.     

一种基于耦合电感的高增益软开关谐振变换器

该文提出了一种具有高增益、软开关的新型谐振变换器。该谐振变换器使用耦合电感来提高电压增益，升压比不仅取决于占空比，还取决于耦合电感的变比，具有高增益的优点。此外，由于采用了有源钳位技术，漏感中的能量可以被回收利用，用来对开关管的结电容充放电提供能量，从而实现软开关。由于采用了耦合电感，所提出的变换器可以在较低的开关管电压应力的情况下实现较高的输出电压，因此可以使用低导通电阻的低压器件，从而提升系统的效率。该文分析了该谐振变换器的工作原理，并推导了输出电压、关断电流应力等参数的解析表达式。在此基础上，从理论上分析了该变换器取得软开关的条件，并对该变换器的各个器件的电压电流应力进行分析，为器件选型提供了理论依据。最后，搭建1kW实验样机，针对该文提出的基于耦合电感的谐振变换器的高增益、软开关、低电压应力、高效率等性能进行了实验验证。通过实验得出所提出的拓扑可以在10倍增益的情况下达到最高97.5%的效率，表明所提拓扑的优越性。