一种耦合电感高增益双管升压变换器

与隔离型拓扑相比,非隔离型拓扑结构简单且实现成本较低;相对于传统Boost变换器,双管结构升压变换器开关管电压/电流应力较低,开关管的导通损耗小,电压增益更高。提出一种耦合电感高增益双管升压变换器,该变换器具有电压增益大及开关管电压/电流应力低的特点。给出变换器的主要工作波形,详细地推导变换器的稳态工作原理,给出理想情况下变换器的电压增益并分析漏感对电压增益的影响,与常见的高增益DC/DC变换器进行性能对比,最后根据所提出的电路拓扑以及参数设计指标,设计并制作一台200 W原理样机。实验结果证实了理论分析的正确性。

基于开关电感的有源网络升压变换器的研究

在光伏并网微逆变器等需要高电压增益的场合,传统的Boost变换器由于电压增益较小,已经无法满足电压变换的需要。而隔离式DC-DC变换器由于引入了高频变压器,在系统体积和变换效率上都较非隔离DC-DC变换器存在不足,因此非隔离型高增益DC-DC变换器成为了人们研究的热点。然而传统的隔离型高增益变换器存在着变换器体积大,功率器件电压应力高,电压增益仍然有限等缺点。本文提出了一种基于开关电感的有源网络升压变换器拓扑,该拓扑具有较高的电压增益,较低的功率器件的电压应力,并设计制作了一台200W原理样机,实验结果证实了理论分析的正确性。

一种多工况高增益多端口DC/DC变换器

针对含储能单元的新能源发电系统,提出一种多工况高增益多端口DC/DC变换器,所提变换器集成了一个单向供电端口、一个双向储能端口及一个负载端口,可实现任意两电气端口之间的一次电能变换,其具有输入输出电压增益高、各工况切换平滑、开关器件电压应力低等优点。首先分析所提变换器的工作原理,然后推导出变换器的性能特点,最后搭建一台额定功率为600W的实验样机对理论分析进行实验验证。

一种带有无源无损箝位的高增益直流变换器

受到电路中元件的等效串联阻抗(equivalent series resistance,ESR)的影响,传统的Boost变换器的电压增益十分有限。大量的文献对高增益DC/DC变换器进行了研究,一种新型的非隔离型升压变换器被提出:通过两个开关管的同步通断,实现两个电感的并联充电、串联放电,以获得较高的电压增益。然而,此变换器对于器件参数的一致性要求很高。分析实际情况下,两个电感大小不完全一致,开关管特性参数有差异时,此变换器的稳态工作模态;给出两种无源无损的箝位电路以抑制电路的谐振,实现两个开关管的均压。最后,根据所提出的箝位电路,制作一台100 W的原理样机,实验结果证明了理论分析的正确性。

一种新型耦合电感高升压增益单级逆变电路研究

单级可升压逆变电路能够克服传统电压源逆变电路和电流源逆变电路的缺点,近年来得到业界的广泛关注和研究,以Z源逆变器和准Z源逆变器最为典型。该类电路能够实现单级电路的升-降压功能,LC滤波结构增强了逆变电路的安全性。但是独特的升压机理使该类电路升压能力受逆变电路调制因子M的限制而略显不足,限制了其应用场合。本文提出一种高升压增益的单级逆变电路。该电路能够克服传统单级可升压逆变电路升压能力不足的缺点,在较大的调制因子M时,能够得到较大的升压能力,适合应用于要求升压较高的逆变场合,如光伏并网、燃料电池等新能源应用系统。推导了电压的输入-输出关系,分析和研究了所提电路的工作模式和一个工作周期的工作状态。在实验室构建1k W实验样机进行验证,实验所得波形和理论分析、仿真结果非常吻合。

一种高增益交错并联正反激变换器

传统的交错并联boost变换器升压增益很小,电压应力却很高。因此,提出了一种适用于可再生能源系统(光伏系统)的高电压增益变换器,利用电压乘法器模块(由开关电容和耦合电感组成)来提高升压增益的;分析了电路的工作模态,推导了升压增益和电压应力,并计算了传导损耗和效率;比较系统性能后,根据不同的性能指标针对该应用领域进行分析;最后通过实验样机实验证明了理论说法的正确性,结果证明该拓扑结构能够实现高达97.1%的转换效率。

一种三端口高增益DC/DC变换器

针对含储能单元的新能源发电系统中,单向DC/DC变换器和双向DC/DC变换器之间能量转换次数多,结构复杂等问题,提出了一种三端口高增益DC/DC变换器,该变换器集成了一个单向供电端口、一个双向储能端口以及一个负载端口,可实现任意两电气端口之间的一次电能变换,其具有输入输出高电压增益、开关器件电压应力低等优点。最后搭建了一台额定功率为320 W的实验样机,验证了理论分析的可行性。

燃料电池用大升压比DC/DC器双闭环控制

为提高燃料电池用大升压比DC/DC变换器的抗扰性能,提出一种参数自调整双闭环控制器。电流内环采用增益补偿和动态自调整PI参数方法,以消除宽范围电压输入引起的不良控制效果,并提高对负载大范围变化的自适应能力;电压外环采用一种模糊推理与变参数PI控制相结合的方式,组成复合电压控制器,其动态调节划分为线性、模糊和复合3个控制区域,提高了对大范围负载扰动的抑制能力。该控制器应用于一台30～70 V输入、360 V输出、额定功率3kW的DC/DC变换器。实验结果表明,相比于常规控制器,新型双闭环控制器对变换器输入和负载扰动具有更快的响应速度,更小的输出超调,实现了各静态工作点间快速平稳切换。

一种新型PV AC Module的研究

为了解决传统的两级式光伏交流模块PV AC module存在的结构复杂、成本高、效率低等问题,提出了一种新型PV AC module。该AC module的前级为传统的Boost变换器,完成光伏组件的最大功率点跟踪和光伏接口电压的泵升;后级采用高增益集成式逆变器,实现直流母线电压的泵升和并网发电功能。分析了PV AC module的系统结构,工作原理及控制策略,并通过一套250 W/40 kHz的样机仿真模型,验证了方案的可行性与理论分析的正确性。研究结果表明:该新型PV AC module具有结构简洁、控制简单、成本低、效率高等优点。

一种可扩展单元的高增益升压Cuk电路

高增益升压DC-DC变换器越来越广泛地应用于新能源发电、电动汽车、UPS和智能电网等新型应用领域,而高效、低纹波、低应力、低EMI是该类变换器的发展趋势。文中提出一种可扩展单元的高增益升压Cuk变换电路。该电路不仅继承了经典Cuk电路输入输出电流连续、低纹波及较小的传导EMI等优点,而且能够在避免极限占空比的情况下实现大电压变比。所提出电路是结合二极管电容网络结构和改进升压型Cuk电路,构成一个新型高增益升压Cuk电路。论文对所提出电路的工作原理和工作过程进行详细的理论分析,开展电压变比关系、关键参数设计和半导体功率器件电压电流应力特性分析。在此基础上,论文进一步分析拓展二极管电容网络单元,从而提高了变换器的电压增益,减小了开关管电压应力等电路特性。通过分析,可扩展单元的高增益升压Cuk变换电路因具有较低电压应力而能够使用导通电阻小的开关管,从而减小导通损耗,提高变换器的效率。最后,对所提出电路进行计算机仿真,并设计4台功率100W、输入输出电压为60V/400V的原理性实验样机,与其他典型高增益升压变换器进行对比实验,验证提出电路相关理论分析的有效性。

一种高增益升压Cuk变换器及其改进模糊控制

通常,光伏发电等新能源发电领域需要将低压电能通过高电压增益DC-DC变换器升压与母线电压匹配。本文提出一种高增益升压Cuk变换器,通过结合耦合电感与二极管电容单元使变换器增益得到提升,采用附加二极管电容单元有效地抑制漏感引起的开关管电压尖峰。为了提高所提出变换器的动态性能与抗扰能力,结合Takagi-Sugeno-Kang(TSK)模糊控制技术,提出了一种动态改变输出比例因子的改进模糊控制方法,该控制方法具有鲁棒性强、模糊规则数少、计算量少、控制简便等特点。论文对所提出变换器的工作原理、工作特性及其控制方法进行了详细理论分析,进行了计算机仿真验证并设计了一台输入36~70 V,输出400 V/400 W的实验样机。计算机仿真与实验结果表明,通过设计合适匝比可有效提高提出变换器的电压增益,在48 V输入下,样机最高效率可达96.4%;与传统PI控制相比,当输入电压在36 V与70 V之间阶跃变化以及负载在0.05 A与1 A之间阶跃变化时,提出的模糊控制方法能更有效抑制扰动,提高了变换器的动态性能。

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。

一种基于辅助网络的软开关二次型Boost高增益变换器

在基于减少冗余功率(R^2P^2)原理的二次型Boost变换器基础上,通过引入辅助网络单元,提出一种基于辅助网络的软开关二次型Boost高增益变换器。该变换器在减少功率传输损耗的同时,实现了全部开关管的零电压导通(ZVS)和输出二极管的零电流关断(ZCS),降低了开关器件的开关损耗。辅助网络与二次型Boost变换器输出串联,提高了变换器电压增益,减小了开关管电压应力。因此,可选取低电压等级、低导通电阻的MOSFET管,进一步提高变换器的效率,降低成本。研究变换器的工作原理和工作特性,分析开关管ZVS条件和占空比丢失问题,设计了一台100W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。

基于电荷泵的燃料电池有源网络升压变换器

高增益DC-DC变换器是燃料电池发电技术的关键环节,有利于改善燃料电池小电压、大电流特性。但是由于传统Boost变换器存在电压增益有限、电感电流纹波大、功率器件应力高的缺陷,无法满足燃料电池发电系统并网运行的需求。该文提出一种基于电荷泵的燃料电池有源网络升压变换器,将有源网络变换器中输入侧的电感用电荷泵结构代替。该变换器结合电荷泵电压倍增能力强和有源网络结构输入电流纹波小的优势,具有电压增益高、电感电流平均值小、开关器件电压/电流应力低、鲁棒性强的特点。最后搭建一套燃料电池前级功率变换实验样机,验证了变换器的高效率与有效性,当输入电压为20V、输出电流为1.25A时,系统整体效率可以达到94.1%。

高反向电压增益LLC谐振双向DC/DC变换器研究

针对LLC谐振槽双向DC/DC变换器反向运行归一化电压增益小于1,致使正向运行输入电压范围受限的问题,提出了一种新型反向运行升压驱动方式。该升压驱动方式通过在恰当时间开通整流开关管构造出谐振元件储能回路,实现最大归一化增益为2的升压。介绍了该双向LLC谐振变换器的工作原理,细致分析了反向工作过程,并在Matlab中进行建模仿真和验证。样机测试结果表明,该双向LLC谐振变换器正向运行效率高,反向运行时多数开关管保持了软开关、实现了高效率。

开关-耦合电感DC-DC变换器

提出了开关-耦合电感DC-DC变换电路。在针对已经含有开关电感模块和耦合电感模块的DC-DC拓扑族的研究之上,将开关电感和耦合电感进行组合,使其作为开关-耦合电感发挥作用,进而得到高电压增益、效率得到改善的新式软开关DC-DC变换器。该类变换器集成了含有开关电感模块和耦合电感模块的DC-DC变换器的升压功能,并且同时实现了有源器件的软开关,改善了效率。主要有源器件S在导通的时候实现了零电流导通(ZCS),减少了它的损耗。关断时漏感能量通过箝位二极管传递到输出侧,减少了能量损耗、改善了EMI环境。整流二极管能够在零电流(ZCS)情况下关断,此状态可以优化二极管的反向恢复特性,降低反向关断时的损耗。以开关-耦合电感Boost变换器为例进行了该类电路的研究,分别分析了电路的工作原理和周期工作模式,并推导了电压增益的数学公式。在理论指导下,采用200 W开关-耦合电感Boost实验样机,证实所提电路理推理的可实施性和准确性。

一种高增益ZVZCS有源箝位正反激变换器研究

介绍了一种采用脉宽调制(PWM)控制方式的有源箝位交错并联正反激软开关升压变换器,分析了其升压原理及软开关条件,实现了主开关管和辅助开关管零电压开关(ZVS)和次级整流二极管零电流开关(ZCS)。最后制作了一台由DC 28 V升DC 270 V的100 W原理样机。实验结果表明,该变换器控制方式简单,调试方便且实现了零电压零电流开关(ZVZCS),效率可达93%。

集成开关耦合电感升压-反激变换器

提出了一种集成开关耦合电感升压-反激变换器SCIBFC(switched-coupled inductor boost-flyback con-verter)。该变换器具有电压增益大、效率高等特性,适合应用于光伏发电等需要高电压增益的场合。在分析电路稳态工作原理和工作模式的基础上,推导出了电路各部分的相关关系;研究了电路寄生参数对电路升压增益等的影响,为选择高电压增益电路提供定量依据。SCIBFC电路的MOS管能够实现ZCS导通和ZVS关断,同时整流二极管能够ZCS关断,实现软开关,因此可以提高电路效率并改善电路EMI。最后搭建了20 W的实验样机,验证了所提电路的正确性和可实施性。

一种高效、高增益比FlyBoost直流变换器

针对传统Boost与反激变换器在宽占空比条件下低效率的缺陷,提出一种高效率、高增益比FlyBoost组合变换器,详细分析了变换器的稳态工作原理。采用状态空间平均法,建立了变换器动态小信号模型并分析了漏感对组合变换器的影响,给出了小信号特征Matlab仿真波形。电路仿真结果证明了理论分析的正确性。

开关电感双管高增益直流变换器的设计

非隔离型高增益DC/DC变换器被广泛的应用在了新能源发电等场合,具有重要的应用价值。文中分析了开关电感双管高增益直流变换器在不同参数下的工作模态,对比分析了两种情况下变换器的电压增益,功率器件电压应力等参数性能,随后给出了变换器参数的设计方法,最后设计并制作了一台200 W的原理样机。实验结果证明了理论分析的正确性。