非隔离型高升压比直流变换器的研究

摘要

在光伏电池或燃料电池并网发电系统中，一般采用一个直流变换器首先将光伏电池或燃料电池的输出电压升高至一个较高的电压，以满足后级并网逆变器的要求。由于单个光伏组件和燃料电池的输出电压一般较低，而后级并网逆变器的所需的直流电压较高，因此该直流变换器需要有很高的升压比。本文针对无电气隔离要求的场合，研究提高直流变换器升压比的方法。 本文将通过以下三种方法提高非隔离型直流变换器的升压比，具体如下： 第一种方法是利用开关电容提高非隔离型直流变换器的升压比。该方法的基本思路是对多个开关电容进行并联充电，然后使这些开关电容串联起来向负载供电，从而提高直流变换器的升压比。本文提出采用电感储能单元为开关电容充电的方法，通过调节开关管的占空比来调节开关电容电压，从而实现输出电压的调节，这样就克服了开关电容变换器输出电压不可调节的缺点。基于以上思路，本文提出了一族基于电感储能单元充电的开关电容高升压比直流变换器，并设计了一台输入为25V~45V，输出为380V，输出功率为100W的原理样机，并进行了实验验证。实验结果表明本文所提出的开关电容高升压比直流变换器是可行的，而且变换效率较高。 第二种方法是采用开关电容和耦合电感提高变换器的升压比。该方法在采用开关电容的高升压比直流变换器的基础上引入耦合电感，以进一步提高直流变换器的升压比。本文提出了一族基于开关电容和耦合电感的高升压比直流变换器。引入耦合电感后，功率器件的电压应力得到降低，导通损耗和开关损耗也得以减小，从而可有效提高变换效率。在实验室完成了一台输入电压为25V~45V，输出电压为380V，输出功率为100W的原理样机。实验结果表明采用耦合电感之后，变换器具有更高的变换效率。 第三种方法是采用辅助电容和耦合电感提高变换器的升压比。该方法是基于Boost变换器，在其输入侧引入一个辅助电容。该电容相当于一个电压源，其极性与输入电压相同，两者串联给升压电感储能，等效提高了输入电压，提高了变换器的升压比，同时保留了输入电流连续的优点。此外，通过引入耦合电感并构造多个输出电容，使其串联给负载供电，可进一步提高变换器的升压比，从而降低功率器件的电压应力，减小导通损耗和开关损耗。根据该方法，提出了采用辅助电容和耦合电感的高升压比直流变换器，并设计了一台输入电压为25V~45V，输出电压380V，输出功率为300W的原理样机。实验结果验证了采用辅助电容和耦合电感的高升压比直流变换器的工作原理，而且其变换效率较高。由于输入电流连续，脉动较小，该变换器适用于中大功率应用场合。

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