三电感开关电容高增益Boost变换器

锂电池、光伏电池、燃料电池等新型储能器件的发展,对直流变换器的纹波和增益性能有了更高的要求。为此提出了一种结合三电感与开关电容的高增益Boost变换器拓扑组合,该拓扑结构基于三电感单管高增益Boost变换器,通过在后侧增加开关电容网络,可保证单管在相同占空比条件下实现更高的电压增益,并通过理论分析和仿真实验进行了验证。     

一种非隔离型交错高增益Boost变换器

提出了一种高增益Boost变换器电路拓扑,与传统Boost变换器相比,电路工作在占空比D0.5时实现了3倍的电压增益,均衡了有源开关管电压应力,并使其降低至输出电压的1/3。首先推演了构造两路复合支路高增益三端网络的变换器拓扑;然后分析电路全周期工作原理及电路特性;最后通过搭建1台140 W的试验样机验证了理论的正确性。     

一种耦合电感双倍压单元高增益Boost变换器

为了进一步优化耦合电感型高增益Boost变换器性能,提升电压增益,将两组倍压单元与耦合电感原边和副边结合,文章提出一种耦合电感双倍压单元高增益Boost变换器。耦合电感原边与二极管-电容组成的倍压单元,消除了漏感影响,抑制了电压尖峰;耦合电感副边组成桥式倍压单元,副边电流双向交替,两个电容分别储能后一起放电,提高了电压增益,缓解了二极管反向恢复的问题;文章主要从变换器的工作原理及稳态性能两个方面进行了分析,并通过实验平台制作了一台100W的模型验证,理论与实验结果相一致。     

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。     

基于拓扑组合的高增益Boost变换器

提出一种基于拓扑组合的高增益Boost变换器,对其工作原理和性能特点进行了详细分析,并进行了实验研究,结果表明该变换器在开关占空比D>0.5时具有如下特点:①电压增益为基本Boost变换器的两倍;②变换器中两Boost变换单元可实现自动均流,与交错并联Boost变换器相比,不需均流控制,控制电路简单;③有源开关的电压应力为输出电压的一半,即为基本Boost变换器有源开关电压应力的一半。     

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%。     

交错并联三绕组耦合电感高增益Boost变换器

针对光伏、燃料电池等新能源发电系统所需的高升压比的应用场景,提出一种交错并联三绕组耦合电感高增益Boost变换器。以交错并联的控制方式减小了耦合电感原边电流纹波,切分了占空比从而减少了各开关管导通时长,交错并联的开关管与输出开关管在电路结构上实现了电压钳位,不会出现电压尖峰。桥式倍压单元缓解了二极管反向恢复问题。交错并联耦合电感双原边的构造提高了变换器的工作可靠性。另外,基于该变换器还拓展出交错并联n+1绕组耦合电感高增益Boost变换器和n耦合电感交错并联n桥式倍压高增益Boost变换器。围绕所提变换器的工作原理及稳态性能进行了深入分析。且在理论分析的基础上通过实验平台制作了一台功率为500 W的样机验证了其准确性。     

三电感单管高增益Boost变换器

燃料电池、光伏电池、蓄电池等可再生能源电池模块的电压较低,变化范围较宽,且工作效率和寿命与其输出电流纹波大小有关,因此需要接口变换器具有极强的升压能力且输入电流连续,才能满足前级的电流纹波和后级负载设备的供电电压等性能要求。针对现有非隔离型高增益变换器普遍存在的升压能力不足的问题,提出了一种结合了二次型、开关电感和电荷泵升压技术的三电感单管高增益Boost变换器,并通过一台200W/50kHz的原理样机进行了实验验证。实验结果表明,所提变换器的电压增益为2/(1-D)2,远高于现有方案,且具有输入电流连续,输入、输出端共地,器件数量少,控制简单等优点。     

基于新型耦合电感倍压单元的高增益变换器

提高直流变换器的电压增益可以增加变换器的输入和输出电压范围,使其应用场合更加广泛。本文提出两种具有高增益的耦合电感倍压单元,通过改变耦合电感的匝比N可以大幅提高变换器的电压增益。分析了CLC和LCL耦合电感倍压单元的工作原理,给出了耦合电感倍压单元拓扑及其组合拓展结构。并将CLC耦合电感倍压单元拓扑结构应用于传统Boost电路中,分析了基于CLC耦合电感倍压单元Boost变换器工作模态,给出了变换器主要工作波形,推导了变换器的电压增益、开关管和二极管电压应力表达式。理论分析表明,CLC耦合电感倍压单元的Boost变换器具有较高的电压增益,并且开关管的电压应力并没有因为电压增益的提高而增加。实验样机采用接近全耦合的罐型磁心和漏感较大的环形磁心进行对比测试,实验结果与理论分析一致,在全耦合情况下变换器的电压增益提升最大。     

新型单开关高增益Boost变换器研究

提出了一种基于电压举升技术(voltage-lift-technique)的新型单开关高增益Boost变换器,不但拓宽了Boost变换器输入电压范围,而且降低了开关管的电压应力,适用于输入电压变化范围较宽的应用场合.与二次型Boost变换器相比,该新型Boost变换器的开关管电压应力低,便于选取导通电阻较小的功率开关管,从而减小开关管的导通损耗,提高变换器的效率.本文分析了该新型高增益Boost变换器的工作原理,研究了电路参数对其稳态工作特性的影响.最后通过仿真及实验验证了理论分析的正确性.     

一种双不对称升压倍增单元的耦合电感Boost变换器

为了满足光伏发电并网系统对DC/DC变换器的要求和解决耦合电感变换器的电压尖峰,提出一种无电压尖峰的高升压Boost。该变换器有如下特点:采用两组不对称倍压单元,提高了变换器的升压能力,同时又消除了耦合电感二次侧绕组因续流引起的高突变电压;采用不对称倍压单元中的电容与二极管构成无源无损钳位电路,避免额外增加钳位电路,降低了成本;漏感的能量得到吸收,提高了变换器的效率;同时,降低了开关管和输出二极管的电压应力,降低了变换器对器件的要求。详细分析了变换器的工作原理,并给出了关键性的公式推到和设计依据。最后,搭建了一台200 W的试验样机,实验验证了理论的正确性,满足了电网的需求。     

新型双输入Boost变换器

针对传统的多输入变换器(MIC)具有电路结构复杂、电压增益低或开关器件电压应力高的问题,提出了一种新型双输入Boost变换器拓扑结构.该拓扑由2个完全一致的基本Boost变换器子拓扑构成,每个基本Boost变换器的功率开关管分别并联一个功率二极管,在单输入状态时一个始终导通.另一个始终关断;在双输入状态时,2个功率二极管全部关断.分析了2种输入状态下的工作原理及各个阶段的工作模态,结果表明该变换器适合工作在双输入状态,且在此状态时可以实现2种不同性质的电源输入,具有电压增益高、开关器件电压应力低等优点.研制了一台输出功率为240 W的双输入Boost变换器原理样机,通过实验验证了理论分析的正确性.     

基于模糊PI的Boost PFC变换器的控制改进

为了减小开关变换器电流畸变对电网供电质量的影响,同时提高负载电压的动态响应性能,本文针对一个实际的单相功率因数校正装置设计改进控制方案。在建立小信号模型的基础上,根据其频域特性设计了相应的补偿器,并将电压环控制环节改进为模糊PI控制器。仿真运行结果表明,本文所设计的Boost PFC变换器的输出电压波形得到很好的改善,有效提高了电网供电质量。     

基于双耦合电感高增益二次型Boost变换器

为进一步提高非隔离DC-DC变换器的增益,降低开关管的电压应力,提出一种结合双耦合电感和二次型的非隔离高增益DC-DC变换器.所提变换器采用单开关管控制,降低了控制的复杂度;采用双耦合电感,有效地减少了二极管和电容的数量,并进一步提高了所提变换器的电压增益;复用输出电容吸收漏感能量,进一步提高了变换器的功率密度.本文中...     

基于整数阶PI无源控制的Boost变换器研究

为了解决在负载扰动和系统阻尼变化的条件下,Boost变换器存在电感电流超调量大的问题,采用整数阶PI无源控制策略进一步提高系统的动态稳定性.首先,将整数阶PI控制方法引入到传统的无源控制器,有效地提高了系统的控制性能.其次,采用Cohen-Coon法整定最优整数阶PI控制参数,从而达到降低电流纹波的目的.仿真结果表明,...     

Boost变换器电容电荷平衡动态最优控制

针对传统线性控制Boost变换器存在的截止频率低、动态响应不理想的问题,提出一种非线性数字控制算法--电容电荷平衡控制.运用电容电荷平衡原理,当遇到负载电流跃变后,该算法将根据理论推导的理想动态响应曲线,计算出最优动态响应控制时间点以及占空比序列.利用Matlab软件对算法进行了仿弃验证,与传统电压模式控制相比,电容电...     

基于PSIM的Boost型变换器储能元件参数选择

根据Boost型开关变换器的工作原理,探讨了储能电感和滤波电容的工作过程及参数选择计算依据,根据计算的结果可知二者的选择与开关管的工作频率选择有关,从而讨论了开关管的工作频率的设计,依据计算设计的结果,基于PSIM软件进行滤波参数和开关管工作频率的计算仿真验证,仿真结果与理论分析一致,表明了储能元件参数计算的合理性.分...     

一种双极性增益Boost变换器研究

研究了一种双极性增益Boost变换器,它不仅具有传统Boost变换器的升压特性,而且具有双极性增益特性,即对于正、负输入电压,均能得到正极性的直流输出电压.因此,该双极性增益Boost变换器可直接用于功率因数校正变换器.本文分析了该双极性增益Boost变换器工作于电感电流连续模式(Continuous Current Mode,CCM)时的工作模态,分析了正、负输入电压情况下,该双极性增益Boost变换器的直流稳态特性,分析结果表明该双极性增益Boost变换器具有与传统Boost变换器相同的升压特性.最后,通过实验验证了理论分析的正确性.     

一种高增益直流变换器的运行原理及数学建模

为了研究两电平准Z源升压直流变换器的控制策略,需建立其数学模型,但该变换器在不同开关状态下储能元件相互耦合,无法采用状态空间平均法进行建模。本文通过引入寄生电阻对储能元件进行解耦,以此建立了该变换器的数学模型,包括平均状态模型与小信号状态模型,同时分析了其运行原理与电压增益。最后通过仿真模型与数学模型的对比结果验证了所建立数学模型的正确性和有效性。     

多级脉冲序列控制Boost变换器

针对开关DC-DC变换器的非线性控制问题,提出多级脉冲序列控制方法,并对工作于电感电流断续模式的多级脉冲序列控制Boost变换器进行分析。多级脉冲序列控制策略通过在若干连续开关周期内,产生能量等级不同的控制脉冲信号所组成的脉冲序列,实现对DC-DC变换器功率电路的控制。分析了多级脉冲序列控制的基本原理和工作过程,并对多级脉冲序列控制断续工作模式Boost变换器进行了稳态工作特性分析和稳定性分析。与已有的脉冲序列控制相比,采用多级脉冲序列控制的Boost变换器在具有快速动态响应能力的同时,能够有效减小稳态工作时的输出电压纹波。仿真和实验结果验证了控制策略的可行性以及理论分析的正确性。