【学术论文】单开关低电压应力的高增益Boost变换器

摘要:北京时间20200214关于【【学术论文】单开关低电压应力的高增益Boost变换器】的具体情况和说明,让www.lujinhua.cn新闻频道的以图文形式为您慢慢道来。

原标题:【学术论文】单开关低电压应力的高增益Boost变换器

摘 要 :

为了将分布式发电系统中光伏板、燃料电池等的低压直流电转换成高压直流电,提出一种带有泵升电容的基于开关电容与开关电感网络的高增益DC/DC变换器。该变换器进一步提高了电压增益,减小了功率器件的电压应力。采用磁集成技术,将两个电感绕在同一磁芯上形成耦合电感,提高了变换器的功率密度。最后,分析了该拓扑的基本工作原理,并制作了一台输入电压为30 V,输出电压为380 V,额定功率为200 W的样机,实验结果证实了理论分析的正确性。

中文引用格式:丁杰,赵世伟,文楚强. 单开关低电压应力的高增益Boost变换器[J].电子技术应用,2019,45(12):125-128.

英文引用格式:Ding Jie,Zhao Shiwei,Wen Chuqiang. High step-up low-voltage stress boost converter with single-switch[J]. Application of Electronic Technique,2019,45(12):125-128.

0

引言

随着不可再生资源的消耗,使得发展绿色能源成为必然。而以新能源为首的光伏发电、燃料电池等输出的电压较低,为满足能与大电网并网运行,必须将光伏板、燃料电池输出的低压升高很多倍 [1-3] 。传统的Boost变换器输出电压增益有限,且开关管的电压应力较大。

目前,基于Boost变换器,提出了许多新型高增益升压变换器。文献[4-5] 提出了级联型Boost升压变换器,但所用功率器件多,效率低下,且后级功率器件电压应力较高。文献[6]提出了采用泵升电容高增益直流变换器,该变换器将基于泵升模块的级联型升压变换器前一级的输出电容和二极管去掉,进而可以将增益扩大一倍,但其开关管和输出二极管的电压应力较大,且该变换器的电压增益仍然有限。文献[7-9]提出了基于耦合电感的高增益变换器,利用增加耦合电感绕组匝比来提高输出电压增益,但这样会导致耦合电感漏感增加,进而使得开关管关断时存在很高的电压尖峰,容易损坏开关管,加入箝位电路又会增加变换器的复杂性和损耗。

本文以文献[6]的拓扑结构为基础,通过对电路结构加以改进,提出了单开关低电压应力的高增益Boost变换器。该变换器引入了开关电感和开关电容网络使得电压增益进一步提高,降低了开关管、二极管的电压应力,减少了开关管的数量。

1

变换器拓扑分析

1.1 变换器拓扑结构

图1给出了本文提出的单开关低电压应力的高增益Boost变换器的拓扑结构,该拓扑主要由开关电感网络(L 1 、L 2 、D 2 、D 3 、D 4 )、开关电容网络(C 1 、C 2 、D 5 、D 6 )、泵升电容CC组成。为了进一步提高变换器的功率密度,L 1 、L 2 绕在同一个磁芯上,组成耦合电感。

1.2 工作模态分析

为了分析的方便,假设:(1)所有器件不考虑寄生参数,均是理想器件;(2)电容C 1 、C 2 、C 0 、C C 很大,其电压纹波可以忽略不计;(3)电路工作在连续导通模式(CCM)。

该变换器稳态工作时,在一个开关周期T S 内共有2个开关模态,各个开关模态的主要工作波形及等效电路分别如图2、图3所示,各开关模态的主要工作过程如下所述。

(1)工作模态1[t 0 -t 1 ]:在此阶段中,开关管S导通,二极管D 1 、D 2 、D 4 、D 7 导通,D 3 、D 5 、D 6 关断。泵升电容C C 和耦合电感L 1 、L 2 并联充电,与此同时,C 1 、C C 、C 2 、C 0 形成串联回路,C 1 、C 2 放电,C 0 、C C 充电。

(2)工作模态2[t 1 -t 2 ]:在此阶段,开关管S关断,二极管D 3 、D 5 、D 6 导通,D 1 、D 2 、D 4 、D 7 关断。耦合电感L 1 、L 2 和泵升电容C C 串联放电,C 1 、C 2 并联充电,输出电容C 0 对负载放电。

2

性能分析

2.1 电压增益M

当开关管S导通时,L 1 、L 2 、C C 并联充电,同时C 1 、C 2 串联放电。

此时耦合电感L 1 、L 2 的电压为:

当开关管S关断时,L 1 、L 2 、C C 串联放电,C 1 、C 2 并联充电。

此时耦合电感L 1 、L 2 的电压为:

2.2 电压应力

开关管S、二极管D 1 、D 5 、D 6 、D 7 电压应力为:

图4给出了元器件电压应力随占空比变化的曲线。由图4可知,所有元器件的电压应力都远小于输出电压Uo,可以采用低电压应力、高性能的开关管和二极管,进而提高整个电路的效率和可靠性,降低电路的成本。

2.3 各项性能参数比较

表1所示为传统Boost变换器、文献[6]提出的变换器与本文提出的变换器各项性能参数的对比,其中M为变换器输出电压增益,U S-stress 为开关管电压应力,U D-stress 为输出二极管电压应力。由表1可知,本文所提出的变换器具有更高的电压增益,且开关管和输出二极管的电压应力更低,可选取低电压等级、低导通电阻的开关管,提高变换器的效率,降低电路成本。相对于文献[6],本文提出的变换器开关管和电感数量更少,但二极管数量较多。

3

实验结果与分析

为了验证以上分析的正确性,搭建了一台200 W的原理样机,实验所需主电路参数如表2所示,所测得的波形如图5所示。

由图5(c)可见,当占空比约为0.7时,完成了30 V到380 V的高增益转换,避免了极限占空比的出现,电容C 1 、C C 的电压与理论计算值相符。图5(a)给出了部分二极管和开关管漏源极的电压波形,可以看出二极管和开关管的电压应力与理论计算值相符,满足低电压应力要求。由图5(b)可以看出二极管的电流波形与理论分析基本相同,而电感L 1 、L 2 的电流上升的斜率并非完全相同,这是因为制作电感时L 1 、L 2 会有一定的误差,导致L 1 大于L 2 。上述波形在开关管动作时均会出现震荡,主要原因是二极管的结电容与电路中的寄生电感发生了谐振。

图6为变换器的效率随输出功率变化的曲线,可以看出满载时效率最高,为90.8%。

4

结论

提出一种单开关低电压应力的高增益Boost变换器,分析了该变换器的工作原理、性能特点,并通过实验验证理论分析的正确性。该拓扑通过泵升电容与开关网络单元的巧妙结合,能够进一步提高电压增益,降低功率器件的电压应力,且拓扑结构简单,采用单开关实现电路工作模态的转换,降低了电路成本。基于上述优点,该变换器可用于需要高增益DC/DC变换器的新能源场合。

参考文献

[2] 赵新宽,陈燕东,张镇强,等.基于CLD模块的高增益二次升压直流变换器[J].电子技术应用,2018,44(5):155-158.

[5] 熊泽成,尹强,任晓丹.高增益隔离DC/DC变换器的研究[J].电气传动,2017,47(12):39-43.

[6] 屈克庆,梁晓霞,赵晋斌,等.一种带有泵升电容的新型高增益升压直流变换器[J].电力系统自动化,2014,38(19):102-107.

[9] 林雪风,许建平,周翔.谐振软开关耦合电感高增益DC-DC变换器[J].电工技术学报,2019,34(4):747-755.

作者信息:

丁 杰,赵世伟,文楚强


查看更多

实时推荐

广州“带病毒男子从医院出逃”,国家发放口罩补贴每日可领?真相来了!
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:24 775 1487
春季吃什么清火?这些菜清火效果好
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:24 262 3724
爱涌一线 从喀什出发,1500件帕米尔矿泉水坐着火车去武汉
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:24 462 9866
快船6分钟崩盘,贾尔斯5分6板称霸,老里:不上祖巴茨因为要追分
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:24 843 8037
疫情防控期间女子殴打民警妨碍执法被判刑
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:24 497 2847
火箭剑指总冠军!
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:24 293 6315
威海人注意!疫情当前,这些政策直接关系你的“钱袋子”
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:24 516 7083
复产进行时 | 鸿特精密:硬核黑科技构建复工防疫新模式
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:24 106 2610
日本动物园出现一怪事,本性凶猛的鹈鹕,在帮水豚“按摩”
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:24 197 3381
这道菜,女生就算敞开吃,也不长胖,零负担
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:24 788 5718
河南传统早餐“小油条胡辣汤”制作,自制的茴香小油条,外酥里嫩
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:24 972 1617
马甲线天鹅臂统统都要有,别“瘫”着,4个简单运动速来get
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:24 138 3720
超贴心!网上开学前,杭师大花30余万元补助困难学生
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:24 525 3059
武昌区粮道街东龙社区爱心接力,为援鄂医疗队加油
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:24 283 4422
舟山迎来首位捐献血浆的新冠肺炎康复者
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:24 100 6389
防疫春耕两不误,航拍息县别样“春耕图”
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:24 535 2706
阴谋如期而至,韩国女足使出了杀手锏,中国足协有些慌
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:23 357 9674
战疫当前,为何村民却将村支书“赶”回家吃饭?
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:23 526 1674
当我们聚在一起时,我们将会创造不平凡的事迹
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:23 149 6657
警徽无处不在闪耀光辉,让党旗永远高高飘扬
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:23 168 1415
武汉“逆行记”|中山大学附属第三医院驰援武汉医疗队康复科护士陈玉蓉日记
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:23 336 9598
2019年上市的沃尔沃全新S60怎么样?挑不出缺点
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:23 135 1979
感动!安岳驰援湖北医护人员手记:我们携手共迎春暖花开!
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:23 889 4703
德州公安全面打响污染防治攻坚战!举报有奖
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:23 796 2498
补脑食物有哪些 春季吃这些食物最补脑
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:22 204 5204
湖南永州冷水滩:查处一起涉嫌违法经营竹根鼠等野生动物案
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:22 284 9571
罗马狂赢7轮,莱切客场四连败,这一局估计将是被碾杀的命运
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:22 933 9775
“机器换人”有效破解复工后“用工难”!靖江一批智能制造企业率先复苏
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:22 959 5701
果蔬充足保供应
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:22 403 9429
永定区“返岗直通车”为外出务工人员保驾护航
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:22 957 3723
“两防两确保”株洲芦淞服饰:线上打开新天地 化危为机促转型
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:22 167 3822
春季饮食养生 4个注意事项须知
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:21 438 507
长沙海吉星华创农储全员复工为丰富市民菜篮子助力
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:21 160 5108
库里复出时间确定!勇士“三巨头”率先磨合欲下赛季再夺总冠军
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:21 608 1098
一大批民生项目,复工!
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:21 329 8844
静赏花落,是一份随缘的自在
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:21 826 8260
梦幻西游:玩家自创娱乐玩法,建帮去D5破卡,目标:让D5无龙女卡
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:20 315 9772
【绿色沁源】“一站式”返岗直通车 护航复工复产
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:20 834 5185
重要提醒!卡点解除≠疫情解除!!!
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:20 921 2996
云南无新增新冠肺炎病例 累计174例死亡2例
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:20 520 3746
邮储银行南阳市分行:志愿者助力疫情防控
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:19 514 3665
春季养生必吃的八种食物 你知道吗
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:19 142 801
齐车公司开启防疫“硬核”操作,全力保障复工复产
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:18 855 8840
「四川交通」四川加快公路水运重点项目有序复工
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:18 175 606
惊!夏季吃这些水果容易被晒伤
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:18 809 8959
日本豪揽3金1银,最大赢家却非日本选手!她用1场胜利输家变赢家
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:18 498 2411
她在《乡村爱情》中看起来像52岁的大妈,现实看起来像是小姑娘
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:17 538 7218
甜蜜爱情!利拉德晒照庆祝与女友订婚:利拉德队,确认
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:17 923 7567
4场比赛,场均22.8+3+2.8,嘴哥加盟勇士后的表现达到
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:16 340 3412
能进球才怪!3张图证武磊成了西班牙人后腰+右后卫,拦截数>射门数
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:16 866 9226
春季养生食谱洋葱猪肝
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:15 423 4553
春季有5种不得不吃的养生菜
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:14 943 5312
奥巴梅扬闪电破门,阿森纳官推:来不及说下半场开始了
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:14 318 9248
小皇帝詹姆斯被考辛斯忽悠参选美国总统,但是詹姆斯拒绝了
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:14 845 8333
巴塞罗那向劳塔罗提供700万欧元年薪
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:14 911 3336
温格承认他不希望利物浦匹配他的阿森纳无敌
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:14 763 5892
安卓机2019三星家的最好,坚果产品经理如是说
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:14 853 7621
少一人!7分钟被连灌2球,西班牙人队1:2客场告负,武磊期望过高
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:14 850 1476
B费传射,曼联完胜沃特福德升至第五!VAR再现争议判罚
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:14 271 1468
山无棱,天地合,乃敢与君绝
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:14 248 4791
张一山去杨紫饭店吃饭从不付钱,网友有能耐把她整你家户口本上
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:14 896 5730
有一种离开叫做对谁都好!威金斯出走金州,唐斯携手好兄弟拉塞尔
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:14 232 8974
暖心!这家民企每天为一线社工配送盒饭近千盒
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:14 648 1990
特殊时期“搞特殊”,男子不戴口罩乘坐公交被拒上车
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:14 844 3825
《时光与你都很甜》高颜值校园剧,超衰女主恋上高冷学霸!
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:14 576 4916
平顶山石龙区全力做好疫情防控前提下扎实推进农民工有序返岗就业
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:14 974 542
原创 山东16市,各说出3家最有代表性最有名的企业,你脱口而出的是谁
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 532 6030
英媒:博格巴正停滞不前,想要做梅西C罗继承人就要独立思考
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 184 5674
曼联妖王以一敌四打进不可能的挑射!连续三场破门,仍难逃B费投诉
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 345 3519
19岁万博天才球员以一人之力击溃大巴黎
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 922 1894
日本处理"钻石公主"号邮轮失误频频,国内疫情愈加严峻
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 336 5038
新手化妆眼睛部位容易出错,了解这些,问题迎刃而解
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 199 7487
ios14这样设计 你会喜欢吗
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 237 6880
华为的PC模式这么强大,电脑你还会用吗?网友:几千块没白花
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 316 575
阿拉尔市“互帮互助服务队”全力保春灌
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 582 9136
零售商曝光 3 月苹果四款新品,预计和 iPhone 9 同步发布
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 198 1761
疫情无情人有情 爱心接力“不打烊”
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 309 921
【河东在行动】唐家口街道 疫情防控 “哪儿缺人我去哪儿”
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 527 6730
巴图有什么好道歉的,谁还没有个“宋丹丹”式同款妈妈呢
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 985 9576
啃老靠亲妈吃饭?网友谈宋丹丹儿子表现,巴图道歉惹大家不开心了
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 666 4510
孩子不买玩具就闹?比买玩具更重要的是建立玩具意识
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 135 6501
时装周模特下班后最美街拍,像她们一样穿得又酷又轻松
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 717 6763
狗狗口臭可能是“危险”的信号,狗主人不能忽视
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 739 4552
家人打麻将时脚冷,4个人同时把脚放在狗身上,狗:我是捂脚机?
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 358 3362
鹅的饲养:一亩地养多少鹅最合适
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 149 4275
世界上最聪明的狗,骑着马放羊,拥有5岁小孩智商
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 799 5662
最新!宁夏这些高速收费站出入口解除交通管制
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:13 198 9200
春季祛湿养脾 鲫鱼加点它们一起煲汤喝
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:12 348 4467
在家就能做的狗狗鲜食,简单好做,毛孩子爱吃
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:12 263 5145
有“撒娇大王”之称的6种狗狗,看了都想养
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:12 587 4727
勇当一线排头兵,疫情防控他们积极参与~
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:12 704 1258
“《歌手·当打之年》”米希亚,灵魂歌后诠释音乐无国界
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:12 141 9707
菏泽:成武县伯乐集镇六千斤大葱发往武汉 满载村民浓浓爱心...
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:12 237 3970
《歌手·当打之年》第一场 万人空巷,音乐陪你战瘟神
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:12 988 7840
滨州市派第一书记组建“助农联盟”已帮助群众销售农产品六万多斤
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:12 827 5904
郑爽粉蓝纱裙搭配帆布鞋,很是少女感,少女爽妹子似乎又回来了
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:12 870 1709
iPhone7Plus与iPhone11性能对决:谁能想到是这样的结果
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:12 878 9091
春季吃什么水果最好 推荐7种水果
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:11 204 7092
葡萄牙国脚炮轰国米:他们花了4000万欧买下我,却待我如小孩一般
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:11 540 806
快船悍将要坏菜,对教练不满意,对伦纳德不服气直接互喷
推荐 在线高清中文字幕电影 2020-02-24 02:11 680 5899