隨著目前人類的快速發(fā)展,對能源的依賴越來越高;目前世界上主要國家都在積極推進能源結(jié)構(gòu)改革,優(yōu)化能源構(gòu)成。以光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、燃料電池等為代表的綠色能源并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)在近些年得到了快速發(fā)展。
以光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為例,目前廣泛應(yīng)用的光伏電池板其輸出電壓在DC12~100V,不能滿足高壓并網(wǎng)的需求,因此需要經(jīng)過升壓直流變換器提高電壓后再連接并網(wǎng)逆變器等直流負(fù)載。近年來,各大院校和研究院對高升壓比的直流變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制理論等進行了大量研究。
傳統(tǒng)提高變換器電壓增益的主要方法有以下四種:
①通過變換器級聯(lián)和組合來提高變換器增益,其應(yīng)用的開關(guān)管二極管數(shù)量較多、成本較高、器件損耗較大、可靠性較低;
②應(yīng)用開關(guān)電感模塊代替升壓變換器中的電感來實現(xiàn)變換器電壓增益的提高,但其開關(guān)管電壓應(yīng)力較高、開關(guān)管損耗較大;
③采用開關(guān)電容來增加電壓增益,其不足在于調(diào)節(jié)范圍較小,一般只能整倍數(shù)輸出;
④采用變壓器或耦合電感提高變換器增益,通過調(diào)節(jié)變壓器和電感的匝比提升變換器增益,但也存在開關(guān)管電壓應(yīng)力較高的缺點。
有學(xué)者介紹了一種帶中心抽頭的耦合電感變換器,通過調(diào)節(jié)耦合電感匝比可以大幅提高變換器電壓增益,但由于其耦合電感為中心抽頭,制作難度較高,且當(dāng)耦合電感匝數(shù)比較大時,耦合電感一次電流較大,容易造成磁芯保護,因此在實際應(yīng)用中其電壓增益不能太高。
磁集成技術(shù)目前在直流變換器中應(yīng)用較為廣泛,有學(xué)者通過對組合Cuk變換器的分析,證明磁集成技術(shù)可以減小磁件體積、減小電感電流紋波且降低磁件損耗。有學(xué)者提出一種新型磁集成高增益變換器,但由于其應(yīng)用了開關(guān)電感單元和開關(guān)電容單元,二極管數(shù)量較多導(dǎo)致效率較低。
通過對文獻的研究,遼寧工程技術(shù)大學(xué)等單位的科研人員提出一種新型磁集成高增益耦合電感倍壓Boost變換器。變換器拓?fù)洳捎糜性撮_關(guān)電感結(jié)構(gòu)和耦合電感倍壓結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式,通過改變耦合電感匝數(shù)比提高電壓增益,并對變換器中電感進行磁集成。重點分析變換器的工作模態(tài),推導(dǎo)電壓增益、開關(guān)管和二極管電壓電流應(yīng)力,分析漏感對變換器的影響。
圖1 新型變換器拓?fù)溲葑?/p>
圖2 耦合電感與樣機實驗平臺
新變換器具有以下優(yōu)點:
1)具有更寬的電壓調(diào)節(jié)范圍,通過調(diào)節(jié)兩個耦合電感的匝比使變換器具有更高的電壓增益,可以靈活地適應(yīng)各種工作要求;
2)相較于傳統(tǒng)變換器,在提高電壓增益的同時,減小了開關(guān)管和二極管的電壓應(yīng)力,能有效減少開關(guān)管的損耗;
3)通過磁集成減小電感電流紋波、提高變換器效率、減小磁件體積;
4)給出了變換器的改進方式,通過在變換器拓?fù)渲屑尤肼└形针娙莼蜚Q位二極管實現(xiàn)對變換器漏感影響的抑制。
以上研究成果發(fā)表在2020年《電工技術(shù)學(xué)報》增刊2上,論文標(biāo)題為“一種新型磁集成高增益耦合電感倍壓Boost變換器”,作者為李洪珠、劉飛揚 等。