集成开关耦合电感升压-反激变换器
Integrated Switched-coupled Inductor Boost-flyback Converter
中文关键词: 集成升压-反激变换器 开关耦合电感 高电压增益 集成开关耦合电感升压-反激变换器
作者 单位 E-mail
丁新平 青岛理工大学信息与控制工程学院， 青岛 266520
余岱玲 青岛理工大学信息与控制工程学院， 青岛 266520 yu475311467@163.com
宋英杰 青岛理工大学信息与控制工程学院， 青岛 266520
张堃 青岛理工大学信息与控制工程学院， 青岛 266520
公维平 青岛理工大学信息与控制工程学院， 青岛 266520
张民 青岛理工大学信息与控制工程学院， 青岛 266520
中文摘要:
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。
内容节选：
随着光伏系统和UPS等的广泛应用与研究，高电压增益转换电路成为近年来的研究热点。 传统不隔离DC-DC电路能实现电压增益较高的功能，但其效率较低；隔离DC-DC拓扑，如Push-pull等，能得到高输出电压，但其变压器绕组漏感会使开关管承受过高的电压和电流应力。
集成升压-反激变换器 IBFC（integrated boost-fly-back converter）电路能够克服单一升压电路的缺点，在较小的占空比时实现高电压增益。 升压电路的整流二极管可以把反激变压器漏感产生的能量传输到输出端，既优化了电磁兼容性能，又提升了电路的效率。 但由于该电路输出串联电容电压不均衡，随着升压增益的增加（8～12 倍时），会造成器件选型困难及电路损耗问题。 为了使其均衡，需要调整占空比 D 的值来大幅度提高其中 1 个输出电容的电压值，因此会造成电路效率显著下降。 文献[8]提出的集成耦合电感升压-反激变换器解决了输出串联电容电压不均衡的问题，前文所提的应力问题得到改善，但存在漏感造成的电压过冲及损耗的情况，影响电路的效率和电磁环境；文献[9]针对隔离型电路的漏感问题，提出了一种基于二极管钳位的非隔离型新型高增益直流升压变换器，可以减小漏感对有源器件的损耗，但由于缺少耦合电感匝比这一升压因子，无法在满足高升压比的同时避免极限占空比的出现。
本文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-fly-back converter），其电路综合了 IBFC 电路和开关耦合电感升压电路的优点。 耦合电感匝比增加了升压自由度，为降低器件的应力提供了条件；与耦合电感并联的二极管提供了开关关断时的电流通路，把漏感存储的能量转移到输出侧，减少了有源元件的电压应力，并提高了电路效率。 SCIBFC 在得到高电压增益的同时， 改善了有源元件的工作环境（MOS管 ZCS 导通、ZVS 关断，整流二极管 ZCS 关断），输出电容电压应力均衡，电路效率高。
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