一种高增益交错耦合电感DC/DC变换器

一种高增益交错耦合电感DC/DC变换器

High-gain Interleaved Coupled-inductor DC/DC Converter

中文关键词:  交错型  高增益  耦合电感  电压应力  低输入电流纹波

作者               单位                                                                                 E-mail
陈浩               安徽工业大学电气与信息工程学院， 马鞍山 243032
胡雪峰            安徽工业大学电气与信息工程学院， 马鞍山 243032          hxu-123@163.com
王建章            安徽工业大学电气与信息工程学院， 马鞍山 243032

中文摘要:
提出了一种高增益交错耦合电感DC-DC变换器，采用二极管、电容和电感构建无源吸收网络，回收再利用漏感能量，开关管的开关电压尖峰得到抑制，进而减小了开关管的电压应力；选用导通阻抗低的MOSFET，降低开关损耗，改善变换器效率。将2个电容和2个耦合电感副边相结合，1个导通周期内，当电容并联导通时，储存在耦合电感中的能量给电容充电；当电容串联导通时，将能量释放给输出端，从而获得高增益。此外，二极管的反向恢复问题得到有效抑制；交错并联控制抑制了输入电流纹波，变换器性能得到改善。对电路的操作原理和模态变化作了详细分析，最后搭建了1台300 W、20 V/240 V的实验样机，验证了理论分析的正确性。

内容节选：
光伏、燃料电池等新能源系统输出的直流电压不能满足直接为后级逆变器供电的要求，因此需要采用高升压增益变换器。 传统 Boost 变换器在极限占空比的状态下工作时才能实现高升压增益，受电路中电力元器件寄生电阻的影响，其升压增益范围被限制；且变换器在几近于 1 的大占空比情况下工作时，效率较低，同时会导致二极管的反向恢复电磁干扰等问题。
为解决传统 Boost 变换器的不足， 已有学者提出相应的解决方案。 文献采用拓扑级联的方式来实现变换器的高升压增益，但多变换器的级联  将导致整体效率降低；文献[10]提出的反激变换器可结合耦合电感技术和开关电容技术，通过耦合电感匝比的变化来实现高电压增益，但漏感会引发较大的开关管电压尖峰；文献[11]提出了一种改进型单管升压变换器，耦合电感原边侧无源钳位单元可有效抑制开关管的关断电压尖峰， 回收漏感能量，副边侧单倍压单元可实现增益地进一步提升，但输入电流纹波较大的问题并未解决。 在新能源应用场合，输入电流的纹波较高会影响其使用周期、增大电路损耗甚至损害发电设备[12]。 国内外已提出许多交错或不对称交错电路结构，应用于高增益高功率的场合，以降低输入电流纹波。
本文在上述研究的基础上，通过对文献[15-16]所提变换器的研究，提出了一种适用于分布式发电系统的改进型交错并联高增益 DC-DC 变换器，在实现低输入电流纹波的同时，满足高电压增益和高转换效率的要求。 该变换器 2 个耦合电感副边绕组与 2 对二极管鄄电容构成嵌套式双倍压单元， 在开关管交错通断过程中，两电容并联导通时，储存在耦合电感中的能量给电容充电；串联导通时，电容中的能量释放给输出端，变换器实现高增益。 由电容、二极管组成的箝位电路，能够有效限制主开关的电压等级，抑制开关管的电压尖峰，降低开关管的导通损耗，同时实现对漏感能量地有效吸收再利用。 本文详细分析了该变换器的运行原理和稳态特性，最后，通过实验验证了理论分析的正确性。  

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