具有谐振软开关的高增益耦合电感组合Boost-Zeta变换器

该文提出一种适用于光伏发电系统的具有谐振软开关的高增益耦合电感组合Boost-Zeta变换器。该变换器是由Boost变换器与Zeta变换器组合并引入有源钳位支路和谐振耦合倍压单元而得到。所提变换器利用拓扑组合和耦合倍压技术实现了非常高的电压增益。利用有源钳位支路,实现了所有开关管零电压开通。同时,利用二次绕组与谐振电容谐振实现了所有二极管的零电流关断,有效地解决了二极管反向恢复问题。分析变换器的工作原理,给出变换器的各项性能参数和软开关实现条件。所提变换器还可通过叠加倍压单元进一步提升电压增益。最后,搭建一台200 W实验样机,对理论分析进行了验证。

耦合电感倍压解耦磁集成高电压增益变换器

为实现更高的电压增益,提出一种耦合电感倍压解耦磁集成高电压增益变换器。该变换器通过设计耦合电感匝数比和调节占空比来实现高电压增益,采用磁集成磁件设计方案,减少了变换器磁件的体积和数量。该文首先分析变换器器件的应力,给出变换器电压增益与占空比之间的变化关系;然后,利用磁路-电路对偶分析法推导得到耦合电感与输入电感解耦集成磁件的磁路模型,获得了输入电感与耦合电感之间的解耦磁集成设计准则;最后,搭建一台额定功率为300W的实验样机,对所提出的变换器和解耦集成磁件设计理论进行实验验证,验证了理论的正确性。变换器的效率达到93%以上,在光伏发电系统中具有一定的实用性。

含双倍压DCM结构的高增益DC/DC变换器

为了增加直流变换器的电压增益,减少开关管的电压应力,将耦合电感倍压单元与二极管-电容(Diode capacitor multiplier,DCM)单元进行组合,提出一种双倍压DCM结构,将该结构引入含输出二极管的非隔离变换器中,不仅能提升该类变换器的电压增益,有效降低器件的电压应力,同时利用结构中的二极管-电容支路作为无源钳位支路吸收漏感能量,提高变换器的效率。并以含双倍压DCM结构的Sepic变换器为例进行了工作模态和工作性能的分析,推导了电感电流临界的工作状态,与同类型变换器进行了对比分析,充分证明了该类变换器具有高增益、低应力的优势。最后,搭建了一个60W的试验样机,验证了上述理论的正确性。

高增益耦合电感双倍压单元组合Cuk-Boost变换器

为解决传统Cuk变换器升压能力不足、应力较大等问题,将Cuk变换器与Boost变换器进行叠加组合,并引入耦合电感双倍压单元,提出一种应用于高增益场合的组合式Cuk-Boost变换器。该变换器增加了以改变耦合电感匝比来调节电压增益的方式,并将拓扑中电容-二极管支路在作为倍压电路的同时还可作为钳位电路来吸收漏感能量,在使用较少元器件的情况下提高了变换器功率密度,降低了电压应力。对变换器工作原理和性能进行分析,给出各项设计参数,对比不同变换器的电气性能,最后通过搭建原型电路验证理论分析的正确性。

一种高增益耦合电感交错组合Boost-Zeta变换器

为提升Boost变换器的电压增益,本文提出结合耦合电感和倍压单元的交错组合DC-DC变换器。该变换器由Boost和Zeta变换器组合并引入耦合电感倍压技术而得到,并利用无源钳位支路吸收漏感能量,开关管采用交错控制,降低了开关管的电压尖峰,实现开关管低电压应力,在无需极限占空比和高匝比的情况下可获得更高的电压增益。本文深入讨论了所提拓扑的工作原理及特点,对比了不同变换器的电气性能;对实验参数进行设计,最后通过实验对变换器的理论分析进行验证。

磁集成高增益耦合电感组合Sepic变换器

为使直流变换器获得更高的电压增益,采用电路分析方法,将耦合电感倍压单元引入到组合式Sepic变换器,同时将两个储能电感与耦合电感进行磁集成,提出一种带有耦合电感的磁集成高增益组合Sepic拓扑直流变换器。分析了变换器的工作原理,给出了变换器各个工作模态,推导并求解得到变换器的电压增益表达式,同时获得了开关管的电压应力。研究结果表明:变换器耦合电感电流纹波与电感量比、电感耦合度有关,在耦合电感的电感量比为1及全耦合的情况下,变换器的电压增益是传统Sepic变换器的1+(1+n)/D倍。变换器的2个储能电感与耦合电感通过解耦集成的方式进行磁集成,有效地利用磁芯结构,减少了磁芯数量,集成磁件的体积比独立磁件减小了近30%;变换器实验样机效率达到了92.8%,测试的实验波形结果验证了理论分析的正确性。研究结论可为磁集成高增益耦合电感组合变换器的设计提供了理论依据。

可拓展增压单元的高增益耦合电感组合Buck-Boost-Sepic变换器原理与设计

提出一种适用于光伏系统、可扩展倍压单元的高增益耦合电感组合Buck-Boost-Sepic变换器。此变换器是由Buck-Boost变换器与Sepic变换器组合,并将储能电感设计成耦合电感并构成倍压单元。变换器不仅得到了理想的电压增益,而且复用电容与二极管形成了无源钳位支路,将漏感能量吸收,阻止了与开关管寄生电容一起引发的谐振,抑制了开关管电压尖峰,降低了开关管的电压应力。分析了变换器的工作原理,给出了变换器的各项性能参数和扩展倍压单元的变换器一般拓扑结构。最后,变换器理论设计的正确性由一台搭建的200 W实验样机得到了验证。

高增益耦合电感组合Buck-Boost-Zeta变换器

为了提升Zeta变换器的电压增益和效率,减小开关管的电压应力,将Buck-Boost变换器与Zeta变换器进行组合并引入耦合电感倍压结构,提出耦合电感组合Buck-Boost-Zeta变换器,该变换器在提升电压增益的同时保留了Zeta变换器输出电流连续的特点,将变换器中二极管–电容支路作为无源钳位吸收回路用来吸收漏感能量,有效抑制了开关管寄生电容与漏感谐振产生的电压尖峰,进一步提升了变换器的电压增益和效率,降低了开关管电压应力。分析工作在CCM与DCM模式下的工作原理,给出各项性能参数。将文中所提变换器与其他耦合电感Zeta变换器的各项性能进行比较,给出Buck-Boost-Zeta变换器的拓展结构。最后,通过搭建一台150W实验样机,验证理论分析的正确性。

一种具有零纹波输出的高增益耦合电感Boost变换器

为解决传统DC-DC变换器增益较低、电压应力较大等缺点,通过研究,以传统Boost变换器为基础,加入C-L-D倍压单元,并引入耦合电感倍压结构,提出一种具有零纹波输出特性的高升压变换器。变换器中C-D结构在进行倍压的同时还可作为钳位支路来吸收引入耦合电感所产生的漏感,减少器件的堆叠以降低成本,此外电容与输出电感形成的单独回路使得输出电流不仅连续且具有零纹波特性。分析变换器的工作原理,对比不同变换器的电气性能,给出各项实验设计参数,搭建原型电路,通过实验与理论进行验证。

一种新型磁集成二次型开关电感单元

为了提高变换器的电压增益,根据二次型Boost变换器的工作原理,总结出一种二次型开关电感单元,该单元消除了结构中由于电容产生的电流冲击同时提高了单元倍压能力。分析了其工作原理,通过磁集成的方式减小其电流纹波和体积重量,并给出二次型开关电感的拓展结构。结合现下常用的两种开关电感单元,对5种传统变换器中的储能电感进行替换,推导了各个变换器的电压增益公式并进行对比分析,二次型开关电感具有更强的倍压能力。为验证二次型开关电感单元的原理以及磁集成设计的正确性,以传统Boost变换器替换二次型开关电感为例,对该变换器的各项性能进行分析。通过仿真软件进行仿真验证,对理论分析与仿真数据进行实验验证。

可拓展的高增益耦合电感交错并联Boost变换器

为提升DC/DC变换器的电压增益,以两相交错并联Boost变换器为研究对象,引入双耦合倍压结构,利用副边与倍压单元、钳位吸收支路进行组合,提出了可拓展的高增益耦合电感交错并联Boost变换器。该变换器可通过级联多个副边倍压结构不断提升变换器的电压增益,并共用钳位电路实现吸收漏感能量。详细分析该变换器的工作模态,结论给出了变换器稳态性能分析以及各项性能指标。最后,搭建了一台200 W的实验样机,结果验证了该变换器在实现15倍高电压增益的同时,实现了输入端低电流纹波和开关管低电压应力。

新型高增益耦合电感开关电容集成Zeta变换器

为了提升Zeta变换器的电压增益,提出了一种新型高增益耦合电感开关电容集成Zeta变换器。首先,将开关电容结构引入Zeta变换器,将变换器的输入电感作为耦合电感的原边,副边与电容、二极管组成倍压结构集成至开关电容结构中,共用开关电容中的二极管-电容倍压单元作为无源箝位支路。然后,分析了变换器工作在连续工作模式与断续工作模式下的工作原理,给出了各项性能参数。理论分析表明,变换器在实现较高电压增益的同时,开关管具有低电压应力。最后,通过搭建一台150 W的实验样机,验证了理论分析的正确性。

新型高增益耦合电感组合Sepic变换器

为提高Sepic变换器的电压增益,将Sepic变换器与二极管-电容倍压单元进行组合,同时引入耦合电感结构,提出一种新型高增益耦合电感组合Sepic变换器。该变换器在提升电压增益的同时,保留了Sepic变换器输入电流连续的特点,利用Sepic结构中的二极管-电容支路作为无源箝位吸收回路,吸收漏感能量,降低开关管的电压应力。分析了变换器的工作原理,推导出变换器的各项性能参数,对比变换器与其他高增益Sepic变换器的各项性能,给出了组合思想应用于其他基本变换器的应用拓展。最后,在实验室平台上搭建一台150 W的实验样机,验证了理论分析的正确性。

一类耦合电感-二极管-电容组合的高增益DC-DC变换器

针对现有DC-DC变换器应用场合与需求,为进一步提高倍压技术,以含耦合电感结构的Boost型变换器作为研究对象,解析其工作原理并重新构造了倍压单元,这一结构保证倍压的同时抑制了开关电容中的电流冲击,且对耦合电感起到了钳位作用,将该DC倍压单元应用于传统的Boost变换器,在此基础上推演提出了新型的Boost、Buck-Boost变换器族。选取含该结构的一个具体拓扑,深入研究该变换器的工作原理以及稳态特性,并进行对比分析其在CCM模式和DCM模式下的各项性能指标,理论分析验证了变换器的高效高增益特性;佐以仿真验证并搭建了一台150 W的实验样机,通过实验进行了验证。

高增益耦合电感有源钳位二次型DC-DC变换器

为提升二次型Boost变换器的电压增益和效率、降低开关管的电压应力,将耦合电感引入现有二次型Boost变换器中,形成一类基于耦合电感的有源钳位Boost变换器。该类变换器通过耦合电感和钳位支路的有机结合,不仅提高了电压增益、有效地降低开关管的电压应力,而且利用有源钳位支路回收漏感能量,缓解了漏感与寄生电容谐振的现象,有效地抑制了开关导通时的尖峰电压,实现软开关工作状态。本文详细阐述了变换器的原理和稳态工作性能,通过变换器之间的对比证明了该类变换器的优越性,最后搭建了一台150 W的实验样机,采用普通元器件测得变换器最大效率为92.7%,论证了上述理论的正确性。

磁集成隔离型开关电感Sepic变换器研究

针对传统Sepic变换器电压增益低,电感电流纹波大,电磁干扰严重等不足,提出了具有磁集成技术的隔离型开关电感Sepic变换器,该变换器将传统Sepic变换器中的储能电感替代为开关电感,加入隔离变压器实现电气隔离,并将开关电感与变压器进行磁集成。详细分析了该变换器的工作过程,推导了电压增益表达式与电感电流纹波表达式,并给出了磁集成设计方案。该变换器电压增益为传统Sepic变换器的N(1+D)倍,电感电流纹波减小为传统Sepic变换器的一半。最后通过实验验证了所提变换器的合理性。

具有降压单元的磁集成组合Buck变换器的研究

通过对Buck变换器和Buck-Boost变换器中的储能元器件进行分析,从中构造出2种开关电感降压单元,分析了降压单元的工作原理,探讨了降压开关电感结构与升压开关电容结构之间的对偶关系。从二次型Buck变换器中提取前级降压单元,将其与2种降压开关电感单元进行组合,从而提出了一种具有降压单元的新型组合Buck变换器。通过分析变换器CCM和DCM的工作模态、工作波形以及各项参数,将变换器中的磁性元件进行磁集成,从而减小了电感电流纹波。最后,通过实验的方式验证了理论的正确性。

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。

基于倍压单元耦合电感高增益DC/DC变换器

提出一种基于倍压单元的新型DC/DC高增益变换器。在传统Boost变换器的基础上引入倍压单元,提高变换器电压增益,并把2个储能电感进行磁集成,减小变换器体积和电感电流纹波。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、各二极管和开关管的电压应力以及电感电流纹波。与传统Boost变换器相比,电压增益提高了(3+D)倍,开关管应力电压减小明显,电感电流纹波减小一半。通过仿真和实验,验证了理论分析的正确性。

基于二极管-电容倍压单元的DC-DC升压变换器

基于二极管-电容倍压单元,提出了一种新型高增益升压变换器。该拓扑在实现高增益的同时可以避免使用极大的占空比,并且可有效地降低开关管和二极管的电压应力。分析了变换器的工作原理,推导了变换器工作在连续导电模式CCM(continuous conduction mode)和断续导电模式DCM(discontinuous conduction mode)下的电压增益、开关器件的电压应力和电感电流纹波。与传统的Boost变换器相比,CCM状态下所提变换器的电压增益是其(5-D)倍,电感电流纹波近似减小为原来的一半。最后通过仿真与样机实验,验证了理论分析的正确性,表明提出的变换器具有良好的综合性能。