近年來，高電壓增益變換器廣泛應(yīng)用于光伏、燃料電池堆、不間斷電源等領(lǐng)域。特別地，當(dāng)系統(tǒng)由低壓電源（如車載系統(tǒng)）供電時(shí)，高電壓增益的特性顯得尤為重要。

傳統(tǒng)的Boost變換器因其器件數(shù)目少、開關(guān)管接地的特點(diǎn)而成為應(yīng)用最為廣泛的升壓變換器。然而，若要獲得較高的電壓增益，過大的占空比是不可避免的，這將產(chǎn)生功率器件較大的導(dǎo)通損耗和嚴(yán)重的反向恢復(fù)問題。因此，當(dāng)電壓增益大于8時(shí)，傳統(tǒng)的Boost變換器就不再適用了。

此外，它的開關(guān)工作在硬開關(guān)模式下，系統(tǒng)的效率較低。為了解決這一問題，在開關(guān)管兩端并聯(lián)諧振電容，但在這種情況下，電感工作在斷續(xù)導(dǎo)通模式（Discon- tinuous Conduction Mode, DCM）下，增加了輸入電流的紋波。

為了提高變換器的電壓增益，近年來出現(xiàn)了許多新型結(jié)構(gòu)，如開關(guān)電容、耦合電感、電壓倍增單元等。開關(guān)電容是一種應(yīng)用廣泛的升壓技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)模塊化和易于集成的優(yōu)點(diǎn)。然而，開關(guān)電容帶來的一個(gè)關(guān)鍵問題是其具有較高的瞬態(tài)電流，降低了功率密度和效率，在一定程度上限制了它的應(yīng)用。

另一種常見的升壓技術(shù)是耦合電感，適用于隔離型和非隔離型DC-DC變換器，以減少磁性元器件的數(shù)量。但它的漏感會(huì)引起開關(guān)電壓的嚴(yán)重振蕩，同時(shí)降低效率。特別是在高頻條件下，勵(lì)磁電感相對(duì)較小，漏感帶來的影響會(huì)更加嚴(yán)重。

電壓倍增單元由一組二極管和電容組成，具有高效、低成本、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)。有學(xué)者提出了一種基于電壓倍增單元的Sepic變換器，獲得了高電壓增益及低電壓應(yīng)力。但是與輸入電壓相連的電感為了限制輸入電流紋波工作在連續(xù)導(dǎo)通模式（Con- tinuous Conduction Mode, CCM），開關(guān)管無法實(shí)現(xiàn)零電壓開通，應(yīng)用到高頻場(chǎng)合時(shí)開關(guān)損耗顯著增加。

近年來，電力電子變換器向著高頻、高效、高功率密度的方向不斷發(fā)展。高頻化不但可以減小磁性元件的體積、降低成本、提高功率密度，而且可以獲得更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。但是隨之而來的挑戰(zhàn)是如何解決開關(guān)頻率的增加引起的高開關(guān)損耗問題。因此，軟開關(guān)特性是評(píng)價(jià)高頻變換器的重要指標(biāo)之一。

本文提出了一種高頻高升壓比改進(jìn)型Sepic變換器，通過一些器件的集成，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高電壓增益和低電壓應(yīng)力，具有良好的軟開關(guān)特性。為提高功率密度，還采用了平面磁性元件。本文首先詳細(xì)介紹了變換器的工作原理；其次介紹了參數(shù)的計(jì)算及電壓增益的推導(dǎo)，并給出了磁性元件的設(shè)計(jì)過程；最后給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論。

圖1 改進(jìn)型Sepic變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖7 樣機(jī)實(shí)物圖

總結(jié)

本文提出了一種具有軟開關(guān)特性和低電壓應(yīng)力的高頻高電壓增益改進(jìn)型Sepic變換器。通過二極管、電容等元器件的集成，改變了傳統(tǒng)Sepic變換器的固有特性，獲得了更好的性能。特別是在加入變壓器后，電壓增益進(jìn)一步提高。本文詳細(xì)介紹了所提變換器的工作原理和設(shè)計(jì)過程。設(shè)計(jì)制作了一臺(tái)80W的樣機(jī)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析相符。該系統(tǒng)在滿載時(shí)效率可達(dá)到92.6%。