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基于耦合电感的对称式交错并联低输入电流纹波高增益DC-DC变换器

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电工技术学报 2021年第7期36卷 1507-1515页

作者：丁杰高双赵世伟尹华杰华南理工大学电力学院广州510641

针对高电压增益、大功率应用场景,提出一种基于耦合电感的对称式交错并联DC-DC变换器。该电路拓扑结合了交错并联与耦合电感的优势,一方面扩大了变换器的容量,降低了输入电流纹波;另一方面可以利用耦合电感的匝比来调节电压增益,提高了... 详细信息

针对高电压增益、大功率应用场景,提出一种基于耦合电感的对称式交错并联DC-DC变换器。该电路拓扑结合了交错并联与耦合电感的优势,一方面扩大了变换器的容量,降低了输入电流纹波;另一方面可以利用耦合电感的匝比来调节电压增益,提高了变换器的灵活性。由于两相电路耦合在一起,且完全对称,可以实现自动均流,因此,不存在功率失衡问题。通过集成开关电容单元(SCU),并将其扩展至n个,进一步提高了电压增益,避免了耦合电感匝比过高的问题,同时还降低了功率器件的电压应力,因此,可以采用低电压等级、高性能的半导体器件来提高变换器的工作效率。分析该变换器的工作原理、稳态性能,并制作一台额定功率为1kW的样机,实测变换器的最高效率为97.34%,满载时(1kW)效率为94.64%。实验结果验证了理论分析的正确性,以及所提变换器的可行性。

关键词：高增益交错并联耦合电感低输入电流纹波开关电容

低输入电流纹波高电压增益DC/DC变换器技术研究

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低输入电流纹波高电压增益DC/DC变换器技术研究

作者：高双华南理工大学

学位级别：硕士

全球能源危机加剧以及生态环境的严重恶化使得人们开始将光伏板、燃料电池等可再生能源应用于并网发电系统中,然而光伏板和燃料电池存在输出电压较低且波动范围较大等问题,在实际应用时需要在其输出端串接一个升压型DC/DC变换器来实现... 详细信息

全球能源危机加剧以及生态环境的严重恶化使得人们开始将光伏板、燃料电池等可再生能源应用于并网发电系统中,然而光伏板和燃料电池存在输出电压较低且波动范围较大等问题,在实际应用时需要在其输出端串接一个升压型DC/DC变换器来实现电压匹配。另外,变换器的输入电流纹波对这些微源的输出特性和使用寿命影响较大,因此要求变换器在实现高电压增益变换的同时还需要具有较低的输入电流纹波。论文首先归纳总结了现有的高增益DC/DC变换器拓扑构造技术,并且系统分析了降低变换器输入电流纹波的几种方法,对比了各自的优势与不足。其次,观察到传统Sepic变换器具备电流型输入的特征,将耦合电感和开关电容技术与其相结合,提出了一系列电流型输入的高增益DC/DC变换器,该类变换器解决了传统Sepic变换器电压增益低的缺点,具有电压增益高、输入电流连续、开关器件电压应力低等优点。详细讨论了其中一种变换器的工作原理及其稳态特性,对比了所提变换器与其他高增益Sepic变换器的各项性能,最后制作了一台200W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。随后,利用交错并联技术提出了一种基于拓扑组合方式构造而来的非对称式交错并联耦合电感型高增益DC/DC变换器,并将其扩展至N相。分析了该变换器的稳态工作原理以及各项参数性能,制作了实验样机进行实验验证,实验结果验证了理论分析的正确性。最后,将由谐振型纹波吸收电路组成的零输入电流纹波Boost变换器与耦合电感技术结合,分别提出了基于双绕组耦合电感倍压单元和集成三绕组耦合电感的零输入电流纹波高增益DC/DC变换器。所提变换器均具有零输入电流纹波特性、电压增益高等优点。但是集成三绕组耦合电感的变换器具有更高的电压增益,且开关管的电压应力更低。文中详细分析了这两种变换器的工作原理及其稳态特性,并且分别搭建了一台500W的实验样机验证了理论分析的正确性。

关键词： DC/DC变换器高电压增益耦合电感开关电容低输入电流纹波

一种新的非隔离型低输入电流纹波高效高增益DC-DC变换器

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现代电力 2017年第4期34卷 65-71页

作者：袁小平蒋硕胡秀娟中国矿业大学信电学院江苏徐州221116

为改善DC-DC变换器性能提出了一种兼具低输入电流纹波和高增益的DC-DC变换器:通过交错控制方式以及合理的设置滤波电容来减小输入电流的脉动,通过高频升压变压器及副边开关电容升压电路两者的配合以极大提高DC-DC变换器的增益。文中详... 详细信息

为改善DC-DC变换器性能提出了一种兼具低输入电流纹波和高增益的DC-DC变换器:通过交错控制方式以及合理的设置滤波电容来减小输入电流的脉动,通过高频升压变压器及副边开关电容升压电路两者的配合以极大提高DC-DC变换器的增益。文中详细分析了新提出的DC-DC变换器工作机理以及系统的综合性能,并进一步给出了系统的具体设计方法,最后搭建了一台100W,20V/200V样机,实验最高效率为92.5%,验证了理论分析的正确性。

关键词：高增益高效率低输入电流纹波高频变压器开关电容倍压 DC-DC变换器

具有低输入电流纹波带耦合电感的双向DC-DC变换器

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电子测量技术 2021年第15期44卷 30-37页

作者：鲁鹏飞吕宁詹跃东昆明理工大学信息工程与自动化学院昆明市650504

针对燃料电池发电系统输出电压低和输入电流纹波大的问题,设计了一种新型带耦合电感的双向DC-DC变换器。该变换器利用超级电容器减少电流纹波对燃料电池的冲击从而提高燃料电池的发电效率,同时通过改变占空比和耦合电感的匝数比来提高... 详细信息

针对燃料电池发电系统输出电压低和输入电流纹波大的问题,设计了一种新型带耦合电感的双向DC-DC变换器。该变换器利用超级电容器减少电流纹波对燃料电池的冲击从而提高燃料电池的发电效率,同时通过改变占空比和耦合电感的匝数比来提高输出电压增益。在Matlab/Simulink软件中创建仿真模型,采用平均电流模式搭建控制电路,并详细地分析升压和降压模式下变换器的开关状态与工作特性。仿真结果为:变换器的输入电流纹波约为1%,在耦合电感变比为1时升压电压增益最高为16。结果表明本文所提变换器可以在满足燃料电池发电系统对低频电流纹波的要求同时实现高电压增益,验证了所提出拓扑的可行性。

关键词：双向DC-DC变换器耦合电感低输入电流纹波高电压增益

基于开关电容的新型高增益低输入电流纹波DC-DC变换器研究

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基于开关电容的新型高增益低输入电流纹波DC-DC变换器研究

作者：常忆雯郑州大学

学位级别：硕士

近年来,随着能源结构的变化,可再生能源逐步代替传统化石能源。新能源发电技术在此形势下孕育而生并迅速发展。随着应用领域的扩大,光伏发电、风力发电等新能源发电技术对其发电过程中应用的变换器性能要求也越来越高。新能源发电技术... 详细信息

近年来,随着能源结构的变化,可再生能源逐步代替传统化石能源。新能源发电技术在此形势下孕育而生并迅速发展。随着应用领域的扩大,光伏发电、风力发电等新能源发电技术对其发电过程中应用的变换器性能要求也越来越高。新能源发电技术目前仍存在一些弊端,为更好的解决新能源装置提供的输入电压低、输入电流纹波大等问题,国内外学者进行了大量研究。基于这一方向,本文进行深入分析,具体工作如下:一、对DC-DC变换器的背景及现状进行阐述,总结目前高增益直流变换器以及零纹波变换器的主要拓扑结构,并对其工作原理及优劣势进行分析。经对比分析发现,开关电容结构在新能源发电系统发电的应用中具有很大优势。二、对带有开关电容结构的变换器进行深入分析研究,将传统Boost变换器与开关电容结构进行结合,通过改变拓扑结构的连接方式,得到基于开关电容的双开关高增益低输入电流纹波变换器(Switched Capacitors-Double Switch,SCs-DS)的拓扑结构。该变换器中含有两个电感,即主电感L1、储能电感L2,根据流过电感L1、L2的电流是否下降至零,将变换器的工作模式分为四种,并对其在不同工作模式下相应的模态及工作原理进行详细分析,绘制出四种工作模式下各变量波形图,对变换器特性进行详细分析研究,同时根据主电感L1、储能电感L2的参数变化对变换器的工作区域进行划分。三、为了进一步提高电压增益,SCs-DS变换器在使用较少器件的基础上大幅度提升电压增益,绘制出该变换器在CCM-CCM、CCM-DCM、DCM-CCM和DCM-DCM四种工作模式下的等效原理图、各变量波形图,对变换器的工作原理以及特性进行详细的研究分析。此外,将提出的两种变换器与同类型的变换器进行比较分析,经比较发现SCs-DS变换器、改进型开关电容高增益变换器均能够实现变换器拓扑结构的优化,同时能实现变换器输入输出特性的优化。四、为了验证理论分析的准确性,进行软件仿真和硬件实验。论文中搭建了 Buck-Boost/Boost型开关电容组合变换器Ⅱ、SCs-DS变换器和改进型开关电容高增益变换器的仿真模型,设计相应的实验样机,在此基础上进行硬件实验。将软件仿真结果和硬件实验结果进行对比分析,结果一致且与理论分析相符,体现了所设计的SCs-DS变换器和改进型开关电容高增益变换器的创新性、可行性与优越性。

关键词：开关电容低输入电流纹波高增益 DC-DC变换器

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PEMFC低输入电流纹波的升压逆变器

电视技术 2022年第4期46卷 54-62页

作者：鲁鹏飞詹跃东昆明理工大学信息工程与自动化学院云南昆明650504

针对质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)发电系统输入电流纹波大的问题,设计一种前级为带有源钳位的隔离式DC-DC变换器,后级为半桥式DC-AC逆变器的升压逆变器,并提出一种新型闭环控制策略。在Matlab/Simulin... 详细信息

针对质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)发电系统输入电流纹波大的问题,设计一种前级为带有源钳位的隔离式DC-DC变换器,后级为半桥式DC-AC逆变器的升压逆变器,并提出一种新型闭环控制策略。在Matlab/Simulink中创建仿真模型和控制模块,采用最大功率跟随控制和时间延时控制结合,实现交流侧和直流全桥侧对直流推挽侧脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)波形的控制。仿真结果表明,设计的变换器的输入电流纹波约为1.3%,推挽侧开关管实现软开关运行,可以满足PEMFC发电系统对低频输入电流纹波的要求,验证了所设计的拓扑结构和控制策略的可行性。

关键词：隔离式DC-AC逆变器闭环控制系统低输入电流纹波软开关

基于耦合电感低输入电流纹波高增益DC/DC变换器

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吉林大学学报（信息科学版） 2019年第3期37卷 230-237页

作者：付光杰郭长江丁善峰牛陆陆句补兰东北石油大学电气信息工程学院黑龙江大庆163000 阳煤集团太原化工新材料有限公司山西太原030400

针对如何提高增益和变换效率,并降低耦合电感型变换器的输入电流纹波问题,提出一种基于耦合电感低输入电流纹波高增益DC/DC变换器。通过引入无源零波纹电路,降低输入电流纹波,从而减小输入电流应力;同时,通过合理设计耦合电感变比,可实... 详细信息

针对如何提高增益和变换效率,并降低耦合电感型变换器的输入电流纹波问题,提出一种基于耦合电感低输入电流纹波高增益DC/DC变换器。通过引入无源零波纹电路,降低输入电流纹波,从而减小输入电流应力;同时,通过合理设计耦合电感变比,可实现变换器的高增益特性。通过理论分析和仿真实验结果表明,该变换器的输入电流纹波大幅降低,并且所有开关管均实现了软开关,大大降低了开关损耗。同时,该变换器各器件电压应力均远低于输出电压,有利于采用低耐压元件以降低导通损耗,提高变换器的性能。

关键词：耦合电感低输入电流纹波高增益电压应力

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一种交叉倍压型高增益DC/DC变换器

电机与控制学报 2024年第1期28卷 120-130页

作者：秦明冯耀星常忆雯王克文郑州大学电气与信息工程学院河南郑州450001

针对光伏发电、燃料电池发电等领域对高增益直流变换器的需求,以两相交错并联升压变换器为研究对象,由2个含有电感的倍压单元组合设计出实现电压提升的交叉倍压结构,据此提出了一种新颖的交叉倍压型高增益DC/DC变换器。该变换器可实现(3... 详细信息

针对光伏发电、燃料电池发电等领域对高增益直流变换器的需求,以两相交错并联升压变换器为研究对象,由2个含有电感的倍压单元组合设计出实现电压提升的交叉倍压结构,据此提出了一种新颖的交叉倍压型高增益DC/DC变换器。该变换器可实现(3n+4)/(1-d)倍的高电压增益(1∶n为耦合电感匝数比,d为变换器占空比),且具有电路器件的低电压应力特性。对于漏感引起的开关管电压尖峰问题,引入了钳位电容构成释放漏感能量通道,同时提升了输出电压。介绍了新型交叉倍压型高增益变换器的拓扑结构,分析了变换器各模态的工作过程,推导了电压增益、输入电流纹波及各器件电压应力等稳态特性,并搭建样机进行实验研究,验证了该直流变换技术方案的可行性和先进性。

关键词： DC/DC变换器高增益低输入电流纹波交叉倍压交错并联耦合电感

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一种非隔离型双极性输出DC-DC变换器合成方法

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电工技术学报 2024年

作者：周明珠刘超庄一展毛行奎张艺明福州大学电气工程与自动化学院福建省新能源发电与电能变换重点实验室

双极性直流微电网系统因其高效和可靠的优势，常作为连接各种可再生能源和新兴负载的解决方案。该文提出了一种非隔离型双极性输出DC-DC变换器合成方法，并在传统变换器的基础上推演出一系列双极性输出DC-DC变换器拓扑。通过在Boost双... 详细信息

双极性直流微电网系统因其高效和可靠的优势，常作为连接各种可再生能源和新兴负载的解决方案。该文提出了一种非隔离型双极性输出DC-DC变换器合成方法，并在传统变换器的基础上推演出一系列双极性输出DC-DC变换器拓扑。通过在Boost双极性输出DC-DC变换器上引入耦合电感和开关电容升压技术，提出一种双极性输出高增益DC-DC变换器。所提变换器具有低输入电流纹波、高电压增益、开关管电压应力低的优势，可以通过占空比和耦合电感匝比灵活调节双极性输出电压。给出了变换器结构的详细推演过程，并进行了模态分析、电压电流应力推导和稳态性能对比。最后，为了验证所提变换器可行性，搭建一台200 W的实验样机，输出电压分别为190 V、–190 V和380 V，变换器在全载的效率为95.5%。

关键词：双极性直流微电网 DC-DC变换器耦合电感高电压增益低输入电流纹波