耦合電感高增益升壓變換器拓撲及副邊諧振軟開關(guān)技術(shù).pdf

1、近年來，直流微網(wǎng)在商業(yè)街、數(shù)據(jù)中心、小型民宅等應(yīng)用場合得到廣泛關(guān)注。其中，由光伏、燃料電池和儲能單元組成的混合能源發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)是重要組成單元，通過功率調(diào)節(jié)器(Power Conditioning System，PCS)將光伏、燃料電池等新能源接入高電壓等級直流母線往往需要具有高升壓增益比、低輸入電流紋波的DC/DC變換器。而且，為了進一步提高電能傳輸效率，具有高效率、低成本的隔離直直變換器成為工業(yè)界和研究學(xué)者所追求的目標。本論文以高增益

2、變換器電路拓撲和軟開關(guān)隔離直直變換器為研究對象，開展相關(guān)方面的研究。
　　第一部分:耦合電感高升壓增益變換器拓撲
　　本論文提出并研究了基于無源無損LC吸收電路的耦合電感高升壓增益變換器電路拓撲，詳細分析了變換器的工作原理，給出了電壓傳輸增益、開關(guān)器件電壓應(yīng)力和輸入電流紋波特性的理論分析。分析結(jié)果表明:引入無源無損LC吸收電路網(wǎng)絡(luò)，耦合電感Boost變換器中的漏感能量得到有效利用，開關(guān)管兩端的電壓尖峰得到抑制，可選取低電壓等

3、級、低導(dǎo)通電阻的開關(guān)管以降低開關(guān)管的導(dǎo)通損耗，提高了變換器的效率。此外，該變換器還保持了輸入電流的連續(xù)性且增大勵磁電感和減小耦合電感變比可進一步減小輸入電流紋波，從而減小了輸入濾波器的設(shè)計難度。為了解決漏感引起的輸出二極管兩端電壓尖峰震蕩問題，進一步提出了無源無損LC吸收電路的耦合電感倍壓單元高升壓增益變換器，詳細分析了其工作原理及工作特性。
　　基于零紋波Boost變換器電路單元，本論文提出了無源無損吸收電路的耦合電感、耦合電感

4、倍壓單元和三繞組零輸入電流紋波高升壓增益變換器，詳細分析了變換器的工作原理及工作特性。針對已有的高增益變換器電路拓撲，進行了相應(yīng)的性能對比分析。由分析可知，采用耦合電感技術(shù)，增加控制設(shè)計自由量耦合電感變比，在不需要極限占空比的情況下，獲得了變換器的高增益特性。采用帶分立電感的零輸入電流紋波Boost變換器單元，近似地實現(xiàn)了變換器的零輸入電流紋波。變壓器漏感能量通過吸收回路二極管釋放能量到箝位電容，繼而電容通過續(xù)流二極管向負載傳遞能量，有

5、效利用了漏感能量。箝位電容將開關(guān)管電壓箝位，降低了其電壓應(yīng)力，可選取低導(dǎo)通電阻的MOSFET以減小導(dǎo)通損耗和成本。相比于傳統(tǒng)的耦合電感變換器，三繞組耦合電感變換器在獲得高升壓增益特性的同時，還減小了輸出端二極管的電壓應(yīng)力。
　　第二部分:隔離DC/DC變換器的副邊諧振軟開關(guān)技術(shù)
　　在分析傳統(tǒng)移相全橋(Phase Shift Full Bridge，PSFB)軟開關(guān)變換器工作原理的基礎(chǔ)上，詳細分析了其電壓傳輸增益比與占空比丟

6、失之間的聯(lián)系、開關(guān)管零電壓開通(ZeroVoltage Switching，ZVS)軟開關(guān)的實現(xiàn)條件、環(huán)流損耗、變換器輸出二極管寄生震蕩現(xiàn)象產(chǎn)生的原因等?；诖耍岢霾⒀芯苛烁边呏C振軟開關(guān)全橋變換器，采用移相控制技術(shù)和不對稱控制技術(shù)，分別實現(xiàn)了全橋變換器的零電壓零電流軟開關(guān)和全負載范圍軟開關(guān)。同時，該變換器輸出二極管電壓應(yīng)力箝位于輸出電壓，且實現(xiàn)了二極管的零電流關(guān)斷(Zero Current Switching，ZCS)，有效抑制了輸出

7、二極管的電壓尖峰震蕩現(xiàn)象，消除了二極管的反向恢復(fù)損耗，同時還消除了傳統(tǒng)移相全橋的環(huán)流損耗，從而進一步改善了變換器的性能。詳細分析了變換器的工作原理及軟開關(guān)實現(xiàn)條件，給出了詳細的設(shè)計原則。
　　詳細分析了不對稱半橋變換器的直流穩(wěn)態(tài)特性、軟開關(guān)實現(xiàn)條件、開關(guān)器件應(yīng)力和勵磁電感存在的直流偏量，在此基礎(chǔ)上，提出并研究了一種新型非調(diào)節(jié)隔離DC/DC變換器，也稱為DC/DC變壓器。詳細分析了該變換器的工作原理及直流穩(wěn)態(tài)特性、軟開關(guān)實現(xiàn)條件。分

8、析結(jié)果表明:該變換器實現(xiàn)了一次側(cè)開關(guān)管的ZVS開通和二次側(cè)二極管的ZCS關(guān)斷，將整流二極管電壓鉗位在輸出電壓，從而減小了二極管的電壓應(yīng)力，且輸出二極管電壓應(yīng)力不受占空比的影響。同時，本論文提出并研究了不對稱半橋副邊諧振PWM開關(guān)變換器，詳細分析了變換器的工作原理及直流穩(wěn)態(tài)特性，給出了副邊二極管的軟開關(guān)實現(xiàn)條件及電壓應(yīng)力的理論推導(dǎo)。分析結(jié)果表明:該變換器實現(xiàn)了開關(guān)管的ZVS開通和輸出二極管的ZCS關(guān)斷，且原邊開關(guān)管的電壓應(yīng)力箝位在輸入電壓