高增益开关电容与磁集成开关电感Boost变换器研究

摘要

单个光伏电池、燃料电池模块是智能电网领域的研究热点，然而较低的输出电压难以达到此类电源的入网标准，因此必须大幅度地提升直流变换器的电压转换比，即直流电压等级以满足后级逆变的需要。针对于高能量转换效率直流功率、高电压增益的直流变换器的研究技术已经成为实践应用场合的关键技术之一。
　　为了实现传统意义上的Boost直流变换器的电压大增益变换、开关管电压应力大幅度降低以及变换器的能量损耗的减小，本文将开关电容和磁集成开关电感与开关管的组合单元的变换模态应用到了传统意义上的Boost变换器当中。本文提出了一种具有开关电容基本单元的开关电感电磁集成Boost变换器即大增益变换开关电容与磁集成开关电感Boost变换器。将分立的开关电感解耦后，集成为一个集成电感，这减小开关电源的体积，替代了传统的Boost变换器的储能电感与滤波电容，提高了功率密度。
　　本文在分析了非集成和集成两种变换器的不同工作模态的基础上，推导得到了变换器电压各个模态的电压增益表达式。针对于流经电感中的电流纹波与开关管电压应力大小进行了详细分析。该变换器电压增益增大到了原来两倍而开关电压应力和电流纹波却减少了1/2。通过对所搭建的样机实验测定结果的比对，以控制变量的方式验证了本文理论分析的正确性，该实验所验证和理论分析的结果同时表明了具有开关电容单元的磁集成开关电感Boost变换器综合性能指标良好。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 开关电感变换器

1．2．2 开关电容变换器

1．2．3 磁集成技术

1．3 选题的意义和主要研究内容

1．3．1 选题目的意义

1．3．2 主要研究内容

2 开关电感与开关电容的工作原理分析

2．1 开关电感

2．1．1 二端口开关电感

2．1．2 一端口开关电感

2．2 开关电容

2．2．1 二端口开关电容

2．2．2 一端口开关电容

2．3 SCSI Boost变换器

2．3．1 开关电感Boost变换器

2．3．2 开关电容Boost变换器

2．4 本章小结

3．SCSI Boost变换器分析

3．1 SCSI Boost变换器分析

3．1．1 SCSI Boost变换器拓扑结构

3．1．2 SCSI Boost变换器工作模态

3．2 集成SCSI Boost变换器分析

3．2．1 集成SCSI Boost变换器拓扑结构

3．2．2 集成SCSI Boost变换器的工作模态

3．3 集成SCSI Boost变换器与非集成对比分析

3．4 集成SCSI Boost变换器工作性能分析

3．4．1 稳态电压增益

3．4．2 电感电流纹波和开关管电压应力分析

3．5 开关电容模块电压分析

3．6 本章小结

4 TISM磁件建模方法分析

4．1 基本磁件建模方法分析

4．1．1 磁路一电路类比分析法

4．1．2．磁路一电路对偶变换法

4．1．3 回转器一电容等效电路模型方法

4．2 TISM建模理论

4．2．1 TISM电路与磁路接口

4．2．2 TISM线性电感模型

4．3 不考虑磁滞效应的TISM非线性电感模型

4．4 考虑磁滞效应的TISM非线性电感模型

4．4．1 利用阻值恒定的电阻模拟磁滞效应

4．4．2 利用非线性电阻模拟磁滞效应

4．5 TISM仿真验证

4．6 本章小结

5．1 开关电感耦合度耦合设计准则

5．1．1 两两耦合方式的动态响应分析

5．1．2 两两耦合方式的耦合度设计

5．2 SCSI Boost变换器仿真分析

5．3 SCSI Boost变换器实验结果

5．4 本章小结

6 结论与展望

参考文献

作者简历

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