高增益非隔離型Boost變換器拓撲及其衍生方法研究.pdf

1、近年來，隨著全球變暖和一次性能源的逐漸枯竭，太陽能、風能和燃料電池等綠色可再生能源的開發(fā)和利用在世界范圍內(nèi)備受矚目。然而，光伏電池和燃料電池等可再生能源的電力輸出通常是在較寬范圍內(nèi)變化的低直流電壓，因此需要具有高電壓增益的直流變換器將它們提升到較高的直流電壓以滿足并網(wǎng)發(fā)電或負載需求。另外，高增益直流變換器在HID、通信電源、電動汽車、醫(yī)療設備等工業(yè)領域具有廣泛的應用價值。本文提出并研究了一系列高電壓增益直流-直流變換器,探索了電路的構成

2、機理及其衍生方法。全文主要內(nèi)容如下：
　　本文首先分析了傳統(tǒng)Boost和抽頭/耦合電感Boost變換器（TI-Boost）內(nèi)在的結構特點,研究了TI-Boost的升壓機理，在此基礎上提出了復合抽頭/耦合電感單元電路結構。該單元結構集成了多重功能：提高電壓增益；鉗位開關管的關斷電壓,降低功率器件的電壓應力;可回收利用耦合電感的漏感能量等。進一步構造了復合開關抽頭/耦合電感 Boost(CSTI-Boost)和復合電源抽頭/耦合電感B

3、oost(CVTI-Boost)兩種高電壓增益直流變換器。在不需極限占空比的情況下，兩種變換器均能實現(xiàn)高增益、高效率直流電能變換。論文還提出并研究了一種平方型復合開關抽頭/耦合電感 Boost變換器（Q-CSTI-Boost），該變換器可以實現(xiàn)更高的電壓增益且具有傳統(tǒng)Boost輸入電流連續(xù)的優(yōu)點。
　　論文深入分析和總結了基于交流變壓器和二極管-電容預儲能升壓單元的倍壓整流電路（DCC-TR）工作機理，通過分析該結構的共性，提煉了

4、可實現(xiàn)升壓功能的三類二極管-電容升壓單元（DCC）結構。通過分解基本Boost變換器拓撲，提出了融合二極管-電容升壓單元的高增益Boost變換器（DCC-Boost）拓撲的構造方法。進一步衍生了一系列基于二極管-電容升壓單元的單開關Boost變換器，推衍了融合DCC單元的輸入端交錯并聯(lián)的兩開關高增益Boost變換器（IP-DCC-Boost），及輸入、輸出均交錯串聯(lián)的Boost變換器（ISOS-DCC-Boost）拓撲結構。對典型IP-

5、DCC-Boost拓撲進行了仿真和實驗驗證，證明了理論分析的正確性。
　　論文借助模塊組合的思想，提出了一種輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)的高增益 Boost變換器（IPOS Boost-Boost），分析了該變換器的工作原理及特性。通過交錯控制，IPOS Boost-Boost的兩個電感電流在輸入端交錯并聯(lián)，減小了輸入電流紋波，輸出端的兩個電容交錯串聯(lián)充放電，既提高了變換器的電壓增益，又能將開關管的電壓應力降低一半，有助于提高變換器效率。論文

6、還提出了輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)的優(yōu)化組合式高增益Boost-Sepic變換器（IPOS Boost-Sepic），并引入耦合電感進一步推衍出一系列高增益耦合電感IPOS CI-Boost-Sepic拓撲。在此基礎上又將兩個開關管合二為一，演繹出一系列輸入端共享、輸出端串聯(lián)的單開關高增益 ICOS CI-Boost-Sepic變換器拓撲。論文對其中的典型拓撲工作原理及特性進行了理論分析及仿真實驗驗證，研究結果表明該類變換器不但具有較高的電壓增益

7、，而且開關管的電壓應力低,同時還具有輸入電流連續(xù)的優(yōu)點。
　　為了衍生基于雙耦合電感的輸入端交錯并聯(lián)三態(tài)開關高增益 Boost變換器（TSSC-DCI-Boost），根據(jù)耦合電感能夠提高電壓增益的機理,歸納和總結了利用雙耦合電感形成“注入電壓源”升壓單元的基本結構,分析了應用雙耦合電感實現(xiàn)高增益 TSSC-DCI-Boost需要遵循的基本約束條件。提出了在三態(tài)開關Boost變換器不同位置插入基于雙耦合電感的“注入電壓源”單元生成新

8、型拓撲的方法?；诖朔椒ǚ謩e構造了高端疊加型、低端疊加型、混合疊加型、IVPS串聯(lián)增強型和IVS串聯(lián)增強型等5類非隔離型TSSC-DCI-Boost變換器拓撲。
　　論文的第六章針對輸入電流紋波會對前級變換器或供電電源產(chǎn)生電磁干擾（EMI），甚至影響前級電源的發(fā)電效率或使用壽命的問題,提出一類基于耦合電感且具有低輸入電流紋波的單相高增益Boost變換器（RR-CI-Boost）。該類變換器既可以在合適占空比條件下,通過調(diào)整耦合電感