耦合电感倍压单元高增益软开关变换器研究

摘要

由于光伏组件输出电压较低，高升压增益直直变换器在光伏发电领域具有重要的研究意义和工程意义。除此之外，高升压增益直直变换器还可广泛应用于燃料电池、高强度气体放电灯、不间断电源等领域。传统Boost变换器可进行升压，其拓扑结构简单，但由于寄生参数的影响，Boost变换器很难实现较高的电压增益。且Boost变换器工作在较大占空比时，其开关管的电压应力大、二极管的电流应力大，还可能导致二极管出现严重的反向恢复问题，这不仅降低了变换器效率，甚至可能引起严重的电磁干扰。 软开关CCM(Continuous Conduction Mode) Boost变换器通过将Boost变换器的输出二极管替换为开关管，并引入辅助网络，不仅提高了电压增益，并且可实现开关管的零电压(Zero Voltage Switching，ZVS)导通和二极管的零电流(Zero Current Switching，ZVS)关断。本文详细分析了软开关CCM Boost变换器的工作原理、稳态特性及软开关条件，研究结果表明，软开关CCM Boost变换器的电压增益约为Boost变换器的2倍，且可实现开关管的ZVS导通和二极管的ZCS关断。通过搭建仿真和实验平台，验证了理论分析的正确性。 在软开关CCM Boost变换器的基础上，结合Boost-Flyback拓扑推演思路，提出了基于耦合电感的高增益软开关变换器。研究结果表明，耦合电感的引入，在开关管电压应力相同的前提下，大大提升了变换器的电压增益，因此可选取低电压等级、低导通损耗的MOS管，降低变换器制作成本，提高变换器工作效率；变换器中的开关管均可实现ZVS导通，二极管均可实现ZCS关断；漏感能量可传递至负载，避免了开关管的电压尖峰，变换器效率较高。通过搭建仿真和实验平台，验证了理论分析的正确性。 针对基于耦合电感的高增益软开关变换器下开关管关断时刻电流过大的问题，通过设置倍压电容参与谐振，提出了谐振软开关耦合电感高增益变换器。研究结果表明，通过设置倍压电容与漏感谐振，有效降低了下开关管关断时刻的电流，降低了开关管的关断损耗，在保留基于耦合电感的高增益软开关变换器的优点的前提下，进一步提高了变换器的工作效率。通过搭建仿真和实验平台，验证了理论分析的正确性。

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