一种开关电感型准开关升压变换器
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Keywords: DC/DC converter; switched鄄inductor; high voltage gain; quasi鄄switched boost network
随着能源危机日益严峻袁可再生能源发展势在 必行遥 光伏发电因为其资源丰富尧分布广泛尧清洁无 污染等特点被广泛采用[1鄄2]遥 由于光伏电池板输出电 压通常较小袁且受环境因素影响较大袁导致了其输 出电压无法达到并网逆变要求的直流母线电压等 级[3]遥 因此袁在光伏发电系统当中袁需要一个直流升 压环节以提升光伏电池板输出电压遥
粤遭泽贼则葬糟贼院 A switched鄄inductor active impedance converter is proposed in this paper. The operating principle of this converter and the boundary condition in continuous conduction mode are studied. In addition, the calculation of voltage and current stresses and the parameter design for each component of the converter are performed. Results show that the novel converter has features such as high voltage gain, low inductor current stress, and less total number of components. A small鄄signal dynamic model of the converter is established using the state鄄space averaging method, proving its stability. Simulation and experimental results verified the effectiveness of the proposed converter.
关键词院DC/DC 变换器曰开关电感曰高电压增益曰准开关升压网络
Quasi鄄switched Boost Converter with Switched鄄inductor
JIN Lin, ZHANG Bo
渊School of Electric Power, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China冤
64
电源学报
总第 82 期
开关电感和有源开关电感技术也被提出[11鄄12]曰开关单 元的使用可以极大地提高变换器电压增益袁 但采用 过多的单元袁系统将过于复杂遥 交错并联技术的使 用袁在升压的同时可以降低电流纹波袁非常适用于 低压大电流的场合 曰 [13] 文献[14]提出了一种电压举 升单元袁具有很好的扩展性袁可以实现高增益的输 出袁但同样存在因升压单元数量过多而导致系统体 积庞大的问题曰 Z 源阻抗网络因其结构简单袁 升压 因子高袁在直流变换领域有着广泛的应用[15鄄18]曰针对 Z 源阻抗网络提出的准开关升压网络旨在减小系 统体积而实现相同的升压功能 曰 [19鄄20] 文献[21鄄22]将 变压器和倍压整流器应用到准开关升压网络中以 提高变换器升压因子曰文献[23]则同时采用了开关 电感和开关电容技术袁并提出了多开关单元的升压 拓扑袁但这导致了系统的复杂化遥
渊华南理工大学电力学院袁广州 510640冤
摘要院提出了一种开关电感型有源阻抗变换器袁并对该变换器工作原理和连续导通工作模式的边界条件进 行了探究曰对变换器的各元器件进行了电压电流应力计算和参数设计遥 结果表明袁该变换器具有电压增益高尧电 感电流应力低尧元器件总体数量少等特点遥 利用状态空间平均法建立了变换器的小信号动态模型袁证明了该变 换器的稳定性遥 仿真和实验证明了该变换器的有效性遥
来说袁升压变换器大致可以分为两类袁隔离型和非 隔离型变换器遥 隔离型变换器主要是通过变压器来 调节变比升压遥 变压器的引入使得电路可以实现很 高的输出电压增益袁但变压器漏感会导致变换器出 现电压尖峰问题遥 为了消除电压尖峰对开关器件的 影响袁则需引入辅助电路袁这将导致变换器成本和 体积的增加[4鄄5]遥 而含耦合电感的非隔离变换器也存 在同样的问题袁在实现升压功能的同时需要解决漏 感问题[6鄄7]遥 为了更高效地实现功率变换袁许多非隔 离型升压变换器也被相应提出遥 文献[8]将有源开关 电容单元嵌入 Boost 变换器以提高电压增益袁这类变 换器随着开关电容单元数量的增多袁 开关管和二极 管的数量也急剧增加袁这将导致变换器成本高尧效率 低曰文献[9鄄10]中的开关电容单元则不含开关管袁极大 简化了拓扑结构袁提高了变换器效率曰相应地袁无源
传统的 Boost 变换器是使用最为广泛的升压变 换器之一袁然而其升压能力却极大地受到了系统稳 定ห้องสมุดไป่ตู้和寄生参数的制约遥 为了达到直流变换环节高 效升压的目的袁各类新型变换器被相继提出遥 总体
收稿日期院2018鄄03鄄27曰修回日期院2018鄄12鄄29 基金项目院广东省自然科学基金团队资助项目渊2017B030312 001冤 Project Supported by the Team Program of Natural Science Fo鄄 undation of Guangdong Province渊2017B030312001冤
第 17 卷 第 2 期 第2201期9 年 3 月
电源学报
Journal of Power Supply
DOI院10.13234/j.issn.2095鄄圆愿园缘援圆园员9援2.63
中图分类号院TM46
Vol.17 No.2 Mar. 2019
文献标志码院A
一种开关电感型准开关升压变换器
金 林袁张 波
随着能源危机日益严峻袁可再生能源发展势在 必行遥 光伏发电因为其资源丰富尧分布广泛尧清洁无 污染等特点被广泛采用[1鄄2]遥 由于光伏电池板输出电 压通常较小袁且受环境因素影响较大袁导致了其输 出电压无法达到并网逆变要求的直流母线电压等 级[3]遥 因此袁在光伏发电系统当中袁需要一个直流升 压环节以提升光伏电池板输出电压遥
粤遭泽贼则葬糟贼院 A switched鄄inductor active impedance converter is proposed in this paper. The operating principle of this converter and the boundary condition in continuous conduction mode are studied. In addition, the calculation of voltage and current stresses and the parameter design for each component of the converter are performed. Results show that the novel converter has features such as high voltage gain, low inductor current stress, and less total number of components. A small鄄signal dynamic model of the converter is established using the state鄄space averaging method, proving its stability. Simulation and experimental results verified the effectiveness of the proposed converter.
关键词院DC/DC 变换器曰开关电感曰高电压增益曰准开关升压网络
Quasi鄄switched Boost Converter with Switched鄄inductor
JIN Lin, ZHANG Bo
渊School of Electric Power, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China冤
64
电源学报
总第 82 期
开关电感和有源开关电感技术也被提出[11鄄12]曰开关单 元的使用可以极大地提高变换器电压增益袁 但采用 过多的单元袁系统将过于复杂遥 交错并联技术的使 用袁在升压的同时可以降低电流纹波袁非常适用于 低压大电流的场合 曰 [13] 文献[14]提出了一种电压举 升单元袁具有很好的扩展性袁可以实现高增益的输 出袁但同样存在因升压单元数量过多而导致系统体 积庞大的问题曰 Z 源阻抗网络因其结构简单袁 升压 因子高袁在直流变换领域有着广泛的应用[15鄄18]曰针对 Z 源阻抗网络提出的准开关升压网络旨在减小系 统体积而实现相同的升压功能 曰 [19鄄20] 文献[21鄄22]将 变压器和倍压整流器应用到准开关升压网络中以 提高变换器升压因子曰文献[23]则同时采用了开关 电感和开关电容技术袁并提出了多开关单元的升压 拓扑袁但这导致了系统的复杂化遥
渊华南理工大学电力学院袁广州 510640冤
摘要院提出了一种开关电感型有源阻抗变换器袁并对该变换器工作原理和连续导通工作模式的边界条件进 行了探究曰对变换器的各元器件进行了电压电流应力计算和参数设计遥 结果表明袁该变换器具有电压增益高尧电 感电流应力低尧元器件总体数量少等特点遥 利用状态空间平均法建立了变换器的小信号动态模型袁证明了该变 换器的稳定性遥 仿真和实验证明了该变换器的有效性遥
来说袁升压变换器大致可以分为两类袁隔离型和非 隔离型变换器遥 隔离型变换器主要是通过变压器来 调节变比升压遥 变压器的引入使得电路可以实现很 高的输出电压增益袁但变压器漏感会导致变换器出 现电压尖峰问题遥 为了消除电压尖峰对开关器件的 影响袁则需引入辅助电路袁这将导致变换器成本和 体积的增加[4鄄5]遥 而含耦合电感的非隔离变换器也存 在同样的问题袁在实现升压功能的同时需要解决漏 感问题[6鄄7]遥 为了更高效地实现功率变换袁许多非隔 离型升压变换器也被相应提出遥 文献[8]将有源开关 电容单元嵌入 Boost 变换器以提高电压增益袁这类变 换器随着开关电容单元数量的增多袁 开关管和二极 管的数量也急剧增加袁这将导致变换器成本高尧效率 低曰文献[9鄄10]中的开关电容单元则不含开关管袁极大 简化了拓扑结构袁提高了变换器效率曰相应地袁无源
传统的 Boost 变换器是使用最为广泛的升压变 换器之一袁然而其升压能力却极大地受到了系统稳 定ห้องสมุดไป่ตู้和寄生参数的制约遥 为了达到直流变换环节高 效升压的目的袁各类新型变换器被相继提出遥 总体
收稿日期院2018鄄03鄄27曰修回日期院2018鄄12鄄29 基金项目院广东省自然科学基金团队资助项目渊2017B030312 001冤 Project Supported by the Team Program of Natural Science Fo鄄 undation of Guangdong Province渊2017B030312001冤
第 17 卷 第 2 期 第2201期9 年 3 月
电源学报
Journal of Power Supply
DOI院10.13234/j.issn.2095鄄圆愿园缘援圆园员9援2.63
中图分类号院TM46
Vol.17 No.2 Mar. 2019
文献标志码院A
一种开关电感型准开关升压变换器
金 林袁张 波