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

1、世界性的能源短缺和能源危機促使學術界和工業(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準母線電壓，成為一個重要的研究課題。論文在總結、歸納現有隔離型和非隔離型Boost變流器（俗稱變換器）的基礎上，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構。通過這些基本單元結構，并進一步引入有源箝位軟開關技術和無

2、源無損軟箝位技術，論文實現了一系列高增益、高效率和適用于較大功率的交錯并聯(lián)軟開關Boost變流器拓撲族。論文還找出了三繞組耦合電感實現的隔離型與非隔離型變流器之間的內在聯(lián)系，并總結了一般隔離型變流器與相應的非隔離型變流器之間相互轉換的普適性原理。 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、開關技術，實現了一種隔離型的有源箝位軟開關交錯并聯(lián)Flyback—Boost變流器，該變流器實現了漏感能量的無損轉移和開關管關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斷電流的限制能力，有效地抑制了輸出二極管的反向恢復電流。在整個開關周期內，主開關管和輔助開關管都實現了零電壓軟開關動作。論文還采用原邊并聯(lián)、副邊串聯(lián)結構，實現了變流器的倍壓輸

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構。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)，又降低了開關管的電壓應力。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、源箝位軟開關技術，提出了一種高增益有源筘位軟開關交錯并聯(lián)Boost變流器。該變流器實現了主開關管和輔助開關管的零電壓軟開關動作，三繞組耦合電感的漏感限制了輸出二極管關斷電流的下降速率，有效地抑制了二極管的反向恢復電流。論文還實現了有源箝位軟開關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構，實現了開關管的零電流開通和關斷電壓的軟箝位。論文還提出了一種三繞組耦合電感基本單元結

6、構，根據該基本單元，并引入有源箝位軟開關方案或無源無損軟箝位方案，論文實現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構。論文采用有源箝位軟開關技術，實現了一種具有最少箝位開關管的高增益交錯并聯(lián)軟開關Boost變流器，該變流器僅用一套箝位電路就實現了兩相交錯電路的漏

7、感能量吸收和開關管關斷電壓尖峰抑制。在該變流器基礎上，經過一定的拓撲變換，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置一個LC低通濾波器，有效地減小了輸出電流紋波?；谠撊@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實現方案。 最后，論文從隔離型變壓器和自耦升壓變壓器的內在聯(lián)系出發(fā)，分析了三繞組耦合電感實現的隔離型和非隔

8、離型變流器之間的關系，實現了隔離型有源箝位軟開關交錯并聯(lián)Flyback-Boost變流器、非隔離型高增益有源筘位軟開關交錯并聯(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化。同時，也實現了隔離型具有最少箝位開關管的交錯并聯(lián)軟開關Flyback-Boost變流器和非隔離型具有最少箝位開關管的交錯并聯(lián)軟開關Boost變流器之間的相互轉化。論文還總結了一般隔離型變流器與相應的非隔離型變流器之間相互轉換的普適性原理

9、，從方法論上實現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)；還降低了開關管的電壓應力，減小了導通損耗和開關損耗，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開關管的軟開關動作，減小了開關損耗；還有效地抑制了輸出二極管的反向恢復電流，減小了反向恢復損耗。而且，三繞組耦合電感的交錯并聯(lián)結構簡便的實現了系統(tǒng)的功率擴容，減小了變流器中無源元件的