基于开关电容网络的高增益升压变换器

软开关高增益准YZ源DC-DC变换器
李海滨;颜胥;翁雨森;林佳奇;金涛
【期刊名称】《中国电机工程学报》
【年(卷),期】2024(44)11
【摘要】针对新能源发电系统中所需要的高升压非隔离变换器升压能力不足问题,文中基于Y源变换器和准Z源变换器的优点,提出一种软开关高增益准YZ源DC-DC变换器。

所提变换器不仅提高了升压能力,还能够有效吸收漏感产生的电压尖峰。

除此之外,应用同步整流技术,使得开关管和二极管工作在软开关条件,提升了转换效率。

此外,所提变换器由于电源输入端连接的是单个电感,输入电流连续,电流纹波小。

不仅如此,提出的变换器还具备开关管电压应力低、输入输出电压共地等优点。

首
先对所提变换器的工作模态和稳态进行分析;其次定量计算效率以及损耗分布;将所
提变换器的性能与其他变换器进行对比,并明确设计要求;最后通过实验室制作的样机,验证所提变换器的有效性。

【总页数】12页(P4435-4445)
【作者】李海滨;颜胥;翁雨森;林佳奇;金涛
【作者单位】福州大学电气工程与自动化学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM46
【相关文献】
1.一种高增益双向准Y源DC-DC变换器
2.基于耦合电感的低电压应力高增益软开关DC-DC变换器
3.具有软开关特性的串联电容型高频高增益双向DC-DC变换器
4.一种低输入电流纹波高增益软开关DC-DC变换器
5.一种交错并联高增益软开关DC-DC变换器
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谐振软开关耦合电感高增益DC-DC变换器林雪凤;许建平;周翔【摘要】提出一种谐振软开关耦合电感高增益DC-DC变换器,通过引入辅助网络,将Boost变换器的输出二极管替换为开关管,实现全部开关管的零电压导通(ZVS)和二极管的零电流关断(ZCS),并降低开关管的开关损耗,消除二极管的反向恢复问题.同时,变换器输出端为三个输出单元串联,提高变换器的电压增益,避免变换器工作于极限占空比,在实现高升压增益的同时降低开关管电压应力.因此可选取低电压等级、低导通电阻的MOSFET,以提高变换器效率.倍压电容与耦合电感的漏感谐振,可减小开关管关断时刻电流,降低开关损耗,进一步提高变换器效率.研究变换器的工作原理和工作特性,分析开关管ZVS条件.设计制作一台160W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2019(034)004【总页数】9页(P747-755)【关键词】软开关;高增益;耦合电感;谐振【作者】林雪凤;许建平;周翔【作者单位】西南交通大学磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室成都 610031;西南交通大学磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室成都 610031;西南交通大学磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室成都 610031【正文语种】中文【中图分类】TM46由于光伏组件输出电压较低，为给后级逆变器供电，光伏并网发电系统前级需要高升压增益DC- DC变换器，将光伏组件的输出电压升高作为后级逆变器的输入[1,2]。

传统Boost变换器拓扑简单、易控制，但受电路寄生参数的影响，其升压增益有限，并且在高升压增益时，存在开关管电压应力大、工作于极限占空比、开关管开关损耗大、变换器效率低等问题。

为了研究高增益、高效率的DC-DC变换器，已有大量文献提出了多种具有高升压特性的变换器拓扑。

开关电容电路通过多个电容并联充电、串联放电可实现高输出电压，但电容由串联变为并联时产生严重的电流尖峰，增加器件损耗，并引起严重的电磁干扰[3-6]。

第51卷第17期电力系统保护与控制Vol.51 No.17 2023年9月1日Power System Protection and Control Sept. 1, 2023 DOI: 10.19783/ki.pspc.230164一种差动型高增益DC-DC变换器分析与设计岳舟，李浩天，廖辰星，李嘉健(湖南人文科技学院，能源与机电工程学院，湖南 娄底 417000)摘要：针对传统DC-DC变换器电压增益低、开关管电压应力较高、输入电流和输出电压纹波较大等问题，提出一种由两个多电平升压变换器差动连接而成的DC-DC变换器。

首先，详细分析了所提变换器的拓扑结构、工作状态以及电路参数设计。

理论分析结果表明，在占空比为0.5时，该新型变换器输入电流和输出电压的纹波相互抵消，具有明显的纹波抑制功能。

同时，当电容器以互补开关方式运行时，电容器纹波的减少降低了电容器的尺寸。

此外，该新型变换器无需添加额外的开关管，驱动及控制电路设计简单。

然后，对所提变换器与其他类似变换器在电压增益、元件器数量以及半导体器件的电压应力等方面进行了对比分析，进一步说明了所提变换器的优越性能。

最后，通过仿真研究和样机实验验证了理论分析的正确性，以及所提拓扑结构在降低元器件电压应力、提高电压增益方面的有效性。

关键词：升压变换器；纹波抑制；高电压增益；差动连接Analysis and design of a differential high gain DC-DC converterYUE Zhou, LI Haotian, LIAO Chenxing, LI Jiajian(College of Energy, Mechanical and Electrical Engineering, Hunan University of Humanities,Science and Technology, Loudi 417000, China)Abstract: There are some problems such as the low voltage gain, high voltage stress in switch tubes, input current and output voltage with large ripple. This paper proposes a DC-DC converter, which is formed by differential connection of two multi-level boost converters. First, a detailed analysis is conducted on the topology, working state, and circuit parameter design of the proposed converter. The theoretical analysis results show that when the duty cycle is 0.5, the ripple of the input current and output voltage cancel each other, and this new converter has obvious ripple suppression function. When the capacitor operates in a complementary switching mode, the reduction of capacitor ripple reduces the size of the capacitor. In addition, the new converter does not require the addition of additional switches, and the design of the driving and control circuits is simple. A comparative analysis is conducted of the proposed converter and other similar converters in terms of voltage gain, number of components, and voltage stress of semiconductor devices, further demonstrating the superior performance of the proposed converter. Finally, the correctness of the theoretical analysis and the proposed topology structure are verified through simulation and prototype experiments. The converter can reduce component voltage stress and improve voltage gain.This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 61702182).Key words: boost converters; ripple reduction; high voltage gain; differentially connected0 引言为减少碳排放，作为可再生能源的光伏发电系统得到越来越多的应用[1-4]。

一种高电压增益的DC-DC变换器曲昀卿【摘要】为了克服传统Z源DC-DC变换器的升压能力有限、输入电流断续和电容电压应力大等缺陷,研究了一种高增益DC-DC变换器,分析了其拓扑结构和工作原理,并推导出电压增益、电容电压表达式.与传统Z源DC-DC变换器相比,具有升压能力强、电容电压应力小、输入电流连续、效率高和实用性强等优点.根据拓扑结构搭建了MATLAB/Simulink仿真模型并进行仿真验证,最后搭建出基于TMS320 F28335的实验样机,仿真和实验结果共同验证了变换器的工作特性.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2019(042)004【总页数】5页(P838-842)【关键词】DC-DC;Z源;高增益;电容电压【作者】曲昀卿【作者单位】石家庄职业技术学院,石家庄050081【正文语种】中文【中图分类】TM461随着社会和经济的发展,人类对生态和能源的关注也越来越高,DC-DC变换技术在能量转换中的用途也越来越广泛[1-2]。

Boost电路是最实用的传统升压器拓扑,当功率开关管导通占空比接近1时,才能输出较高的电压,这样使功率开关管在一个开关周期长期处于导通状态,从而导致在转换效率、器件散热和使用寿命等方面一系列问题[3]。

为了改善Boost电路的上述缺陷,文献[4-5]提出了传统Z源升压变换器,这种变换器用一个特殊的Z源网络把输入电源和负载进行耦合,与Boost电路一样,通过控制功率开关管的导通与关断来实现其升压功能的。

尽管Z源变换器能够改善Boost 电路升压能力不强的缺陷,但是需要导通占空比接近0.5时,才能达到较大的电压增益[6],因此升压能力依然有限,另外也存在一些缺陷,像Z源网络的电容电压应力较大,输入电流断续等缺陷。

为了克服传统Z源变换器上述不足,在文献[5]的基础上研究了一种高增益DC-DC 变换器电路拓扑,与传统Z源变换器相比,其升压能力大大增强,输入电流连续,降低了一个电容器的电压应力。

隔离型高增益有源开关电容DC-DC变换器：电力系统的微型“变形金刚”在现代电力系统的复杂舞台上，隔离型高增益有源开关电容DC-DC变换器如同一位微型的“变形金刚”，以其独特的结构和功能，为电能的高效转换和安全传输扮演着关键角色。

这种变换器的设计理念，就像是一场精心编排的交响乐，每个部分都精确地协同工作，以实现最佳的性能表现。

首先，让我们来揭开这位“变形金刚”的面纱。

它的心脏是由多个电容器组成的阵列，这些电容器通过精密的控制逻辑进行快速切换，就像一支训练有素的舞蹈队伍，在指挥家的棒下有序地变换队形。

这种切换不仅保证了电能的连续流动，还实现了电压的倍增，从而满足了特定应用对高电压的需求。

然而，这位“变形金刚”的真正魅力在于它的隔离功能。

它采用了高频变压器技术，这就好比是在电能的河流中建立了一座坚固的水坝，有效地将输入端与输出端隔离开来。

这种隔离不仅保护了系统免受潜在的电气噪声影响，还确保了用户设备的安全，避免了可能的电流泄露风险。

在实际应用中，这种变换器的效率和稳定性是衡量其性能的关键指标。

它能够在极短的时间内响应负载的变化，就像是一位反应敏捷的运动员，在比赛中迅速做出调整以应对对手的挑战。

而且，由于其内部结构的优化设计，即使在极端的工作条件下，也能保持出色的热稳定性和长期可靠性。

然而，尽管这位“变形金刚”拥有诸多令人赞叹的特性，它的设计和制造过程却充满了挑战。

工程师们必须精确计算每个部件的参数，确保它们能够无缝协作，同时还要考虑到成本效益比，以确保最终产品的市场竞争力。

这是一个需要深厚专业知识和丰富经验的领域，每一位参与者都是这场科技盛宴的重要嘉宾。

总的来说，隔离型高增益有源开关电容DC-DC变换器是电力电子领域的一颗璀璨明珠。

它以其卓越的性能、灵活的应用和可靠的安全保障，成为了现代电力系统不可或缺的组成部分。

随着技术的不断进步和创新，我们有理由相信，这位微型的“变形金刚”将继续在电力转换的舞台上扮演着越来越重要的角色，为人类社会的可持续发展贡献自己的力量。

基于开关电容的软开关高电压增益DC-DC变换器雷浩东;郝瑞祥;游小杰;项鹏飞【摘要】In this paper, a switched-capacitor based DC-DC converter topology with high voltage gain and soft-switching character is presented. The proposed topology can achieve high voltage gain without operating the switches at extreme duty cycle and has PWM voltage regulation ability similar to conventional Boost converter. Through resonant soft-switching technique, zero-voltage switching (ZVS) turn-on of all switches and zero-current switching (ZCS) turn-off of all diodes are achieved, which is useful to improve the efficiency and power density of the converter. The voltage stresses of switches and diodes are low, so low voltage level and low on-resistance devices can be adopted to reduce the conduction losses. The operation principle of the proposed topology was analyzed in detail, and the steady-state characteristics were analyzed, including voltage gain characteristics and soft-switching operating conditions. Finally, a prototype converter with 25-40V input and 400V/1kW output was established, and the experimental results verified the theoretical analysis.%提出一种基于开关电容的具有高电压增益和软开关特性的DC-DC变换器拓扑.该拓扑能够在非极端占空比条件下实现高电压增益,并具有类似于传统Boost变换器的PWM电压调节能力.通过谐振软开关技术,实现所有开关管的零电压开通和所有二极管的零电流关断,有利于提高变换器的效率和功率密度.变换器中开关管和二极管承受的电压应力低,允许选择低电压等级、低导通电阻的器件.详细分析变换器拓扑的基本工作原理,对变换器电压增益特性和软开关实现条件等稳态工作特性进行研究.最后,搭建一台输入25~40V、输出400V/1kW的实验样机,对理论分析进行实验验证.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)012【总页数】10页(P2821-2830)【关键词】开关电容;高电压增益;谐振电感;软开关;DC-DC变换器【作者】雷浩东;郝瑞祥;游小杰;项鹏飞【作者单位】北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言高电压增益 DC-DC变换器在光伏发电系统、燃料电池系统以及通信电源等许多工业应用场合发挥着关键作用[1-3]。

一种基于Sepic的新型高增益DC/DC变换器高双，赵世伟，张龙威，李江荣(华南理工大学电力学院,广东广州510641)摘要：为了解决Boost变换器在极限占空比情况下才能获得高电压增益这一缺点，在传统的Sepic变换器基础上提出一种新型的高增益变换器。

该变换器保留了Sepic变换器输入电流连续等优点，通过引入无源钳位电路，降低了开关管的电压应力，同时由于耦合电感的漏感与电容发生谐振，有效减弱了二极管反向恢复问题的影响。

详细分析了变换器在每个开关模态的工作过程，推导出变换器的电压增益表达式和开关器件的电压应力。

制作一台100W 的实验样机，通过实验验证了理论分析的正确性。

关键词：Sepic变换器；高增益；无源钳位：谐振中图分类号：TN86文献标识码：A DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.200941中文引用格式：高双，赵世伟，张龙威，等.一种基于Sepic的新型高增益DC/DC变换器[J].电子技术应用，2021,47(5)：108-111116.英文弓I用格式：Gao Shuang,Zhao Shiwei,Zhang Longwei,et al.A novel high step-up DC/DC converter based on Sepic[J].App­lication of Electronic Technique,2021,47(5)：108-111,116.A novel high step-up DC/DC converter based on SepicGao Shuang,Zhao Shiwei,Zhang Longwei,Li Jiangrong(School of Electric Power Engineering,South China University of Technology,Guangzhou510641,China)Abstract:In order to solve the shortcoming that Boost converter can obtain high voltage gain under the limit duty cycle,a new type of high-gain converter is proposed on the basis of the traditional Sepic converter.The converter retains the advantages of the continuous input current of the Sepic converter,by introducing a passive clamp circuit,the voltage stress of the switch tube is re­duced,at the same time,the leakage inductance and the capacitor in the circuit have a resonance process,effectively reducing the impact of the diode reverse recovery problem.The working process of the converter in each switching mode was analyzed in detail, the voltage gain expression of the converter was deduced,and the voltage stress of the switching device were calculated.A100W experimental prototype was made,and the correctness of the theoretical analysis is verified through experiments.Key words:Sepic converter；high step-up；passive clamping；resonance0引言近年来,DC/DC变换器广泛应用在多种工业领域中。