三繞組耦合電感實現(xiàn)高增益、高效率交錯并聯(lián)軟開關(guān)Boost變流器.pdf

1、世界性的能源短缺和能源危機促使學(xué)術(shù)界和工業(yè)界把目光投向清潔、綠色、安全的太陽能、燃料電池等可再生能源。在新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，如何把電壓較低的太陽能、燃料電池等輸出升壓到較高的標(biāo)準(zhǔn)母線電壓，成為一個重要的研究課題。論文在總結(jié)、歸納現(xiàn)有隔離型和非隔離型Boost變流器（俗稱變換器）的基礎(chǔ)上，提出了三繞組耦合電感概念。并基于三繞組耦合電感概念，論文提出了隔離型與非隔離型的基本單元結(jié)構(gòu)。通過這些基本單元結(jié)構(gòu)，并進一步引入有源箝位軟開關(guān)技術(shù)和無

2、源無損軟箝位技術(shù)，論文實現(xiàn)了一系列高增益、高效率和適用于較大功率的交錯并聯(lián)軟開關(guān)Boost變流器拓撲族。論文還找出了三繞組耦合電感實現(xiàn)的隔離型與非隔離型變流器之間的內(nèi)在聯(lián)系，并總結(jié)了一般隔離型變流器與相應(yīng)的非隔離型變流器之間相互轉(zhuǎn)換的普適性原理。 首先，論文提出了三繞組耦合電感概念。論文從隔離型交錯并聯(lián)Flyback變流器出發(fā)，采用三繞組耦合電感的方式演繹出了一種新型的交錯并聯(lián)Flyback—Boost變流器。論文采用有源箝位軟

3、開關(guān)技術(shù)，實現(xiàn)了一種隔離型的有源箝位軟開關(guān)交錯并聯(lián)Flyback—Boost變流器，該變流器實現(xiàn)了漏感能量的無損轉(zhuǎn)移和開關(guān)管關(guān)斷電壓尖峰的有效抑制。通過一定的拓撲變換。該變流器僅用一套輔助電路就可實現(xiàn)兩相交錯電路的漏感能量吸收。由于三繞組耦合電感的漏感對輸出二極管關(guān)斷電流的限制能力，有效地抑制了輸出二極管的反向恢復(fù)電流。在整個開關(guān)周期內(nèi)，主開關(guān)管和輔助開關(guān)管都實現(xiàn)了零電壓軟開關(guān)動作。論文還采用原邊并聯(lián)、副邊串聯(lián)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了變流器的倍壓輸

4、出功能。三繞組耦合電感概念的提出為隔離型交錯并聯(lián)DC/DC變流器的拓撲演繹提供了一種可實踐的思路。 其次，論文提出了一種非隔離型三繞組耦合電感基本單元結(jié)構(gòu)。論文采用三繞組耦合電感概念，把傳統(tǒng)Boost變流器僅由占空比決定的單一維數(shù)的電壓增益表達式，演變成由占空比和耦合電感匝比決定的二維增益表達式，既拓展了變流器的電壓增益、避免了極限占空比的工作狀態(tài)，又降低了開關(guān)管的電壓應(yīng)力。為了無損地吸收三繞組耦合電感的漏感能量，論文首先采用有

5、源箝位軟開關(guān)技術(shù)，提出了一種高增益有源筘位軟開關(guān)交錯并聯(lián)Boost變流器。該變流器實現(xiàn)了主開關(guān)管和輔助開關(guān)管的零電壓軟開關(guān)動作，三繞組耦合電感的漏感限制了輸出二極管關(guān)斷電流的下降速率，有效地抑制了二極管的反向恢復(fù)電流。論文還實現(xiàn)了有源箝位軟開關(guān)方案到無源無損軟箝位方案的過渡，提出了一種高增益無源無損軟箝位交錯并聯(lián)Boost變流器。該變流器簡化了電路結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了開關(guān)管的零電流開通和關(guān)斷電壓的軟箝位。論文還提出了一種三繞組耦合電感基本單元結(jié)

6、構(gòu)，根據(jù)該基本單元，并引入有源箝位軟開關(guān)方案或無源無損軟箝位方案，論文實現(xiàn)了一系列適用于大電流、高效率、高增益或高降壓場合的變流器拓撲族。三繞組耦合電感基本單元的提出，為非隔離型交錯并聯(lián)DC/DC變流器的拓撲生成提供了一種新的思路。 論文還提出了另一種非隔離型三繞組耦合電感基本單元結(jié)構(gòu)。論文采用有源箝位軟開關(guān)技術(shù)，實現(xiàn)了一種具有最少箝位開關(guān)管的高增益交錯并聯(lián)軟開關(guān)Boost變流器，該變流器僅用一套箝位電路就實現(xiàn)了兩相交錯電路的漏

7、感能量吸收和開關(guān)管關(guān)斷電壓尖峰抑制。在該變流器基礎(chǔ)上，經(jīng)過一定的拓撲變換，并增加兩個輸出箝位電容，不僅有效地抑制了輸出二極管上的寄生振蕩，并可在輸出通道上內(nèi)置一個LC低通濾波器，有效地減小了輸出電流紋波。基于該三繞組耦合電感基本單元，論文演繹出了一系列交錯并聯(lián)DC/DC變流器拓撲族，這類變流器可通過一定的拓撲變換來簡化軟開關(guān)實現(xiàn)方案。 最后，論文從隔離型變壓器和自耦升壓變壓器的內(nèi)在聯(lián)系出發(fā)，分析了三繞組耦合電感實現(xiàn)的隔離型和非隔

8、離型變流器之間的關(guān)系，實現(xiàn)了隔離型有源箝位軟開關(guān)交錯并聯(lián)Flyback-Boost變流器、非隔離型高增益有源筘位軟開關(guān)交錯并聯(lián)Boost變流器和高增益無源無損軟箝位交錯并聯(lián)Boost變流器之間的相互轉(zhuǎn)化。同時，也實現(xiàn)了隔離型具有最少箝位開關(guān)管的交錯并聯(lián)軟開關(guān)Flyback-Boost變流器和非隔離型具有最少箝位開關(guān)管的交錯并聯(lián)軟開關(guān)Boost變流器之間的相互轉(zhuǎn)化。論文還總結(jié)了一般隔離型變流器與相應(yīng)的非隔離型變流器之間相互轉(zhuǎn)換的普適性原理

9、，從方法論上實現(xiàn)了隔離型與非隔離型變流器的統(tǒng)一。 論文上述提出的新型電路拓撲不僅實現(xiàn)了變流器電壓增益的拓展，避免了電路工作在極限占空比的狀態(tài)；還降低了開關(guān)管的電壓應(yīng)力，減小了導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，提高了功率器件的工作可靠性。這類拓撲可通過簡單的電路實現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)動作，減小了開關(guān)損耗；還有效地抑制了輸出二極管的反向恢復(fù)電流，減小了反向恢復(fù)損耗。而且，三繞組耦合電感的交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)簡便的實現(xiàn)了系統(tǒng)的功率擴容，減小了變流器中無源元件的