- 頭條遼寧工程技術大學等單位科研人員發布提高變換器電壓增益的新方法2021-07-25 作者：李洪珠 劉飛揚 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語遼寧工程技術大學電氣與控制工程學院、國家電網本溪供電公司、三亞學院理工學院的研究人員李洪珠、劉飛揚、劉艷、李洪璠，在2020年《電工技術學報》增刊2上撰文，提出一種新型磁集成高增益耦合電感倍壓Boost變換器。分析結果表明，變換器具有電壓增益較高、開關管電壓應力較低、電感電流紋波較小等優點。
隨著目前人類的快速發展，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構改革，優化能源構成。以光伏發電、風力發電、燃料電池等為代表的綠色能源并網發電技術在近些年得到了快速發展。
以光伏并網發電系統為例，目前廣泛應用的光伏電池板其輸出電壓在DC12~100V，不能滿足高壓并網的需求，因此需要經過升壓直流變換器提高電壓后再連接并網逆變器等直流負載。近年來，各大院校和研究院對高升壓比的直流變換器的拓撲結構、控制理論等進行了大量研究。
傳統提高變換器電壓增益的主要方法有以下四種：
①通過變換器級聯和組合來提高變換器增益，其應用的開關管二極管數量較多、成本較高、器件損耗較大、可靠性較低；
②應用開關電感模塊代替升壓變換器中的電感來實現變換器電壓增益的提高，但其開關管電壓應力較高、開關管損耗較大；
③采用開關電容來增加電壓增益，其不足在于調節范圍較小，一般只能整倍數輸出；
④采用變壓器或耦合電感提高變換器增益，通過調節變壓器和電感的匝比提升變換器增益，但也存在開關管電壓應力較高的缺點。
有學者介紹了一種帶中心抽頭的耦合電感變換器，通過調節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，且當耦合電感匝數比較大時，耦合電感一次電流較大，容易造成磁芯保護，因此在實際應用中其電壓增益不能太高。
磁集成技術目前在直流變換器中應用較為廣泛，有學者通過對組合Cuk變換器的分析，證明磁集成技術可以減小磁件體積、減小電感電流紋波且降低磁件損耗。有學者提出一種新型磁集成高增益變換器，但由于其應用了開關電感單元和開關電容單元，二極管數量較多導致效率較低。
通過對文獻的研究，遼寧工程技術大學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。變換器拓撲采用有源開關電感結構和耦合電感倍壓結構相結合的方式，通過改變耦合電感匝數比提高電壓增益，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，推導電壓增益、開關管和二極管電壓電流應力，分析漏感對變換器的影響。
圖1 新型變換器拓撲演變
圖2 耦合電感與樣機實驗平臺
新變換器具有以下優點：
1）具有更寬的電壓調節范圍，通過調節兩個耦合電感的匝比使變換器具有更高的電壓增益，可以靈活地適應各種工作要求；
2）相較于傳統變換器，在提高電壓增益的同時，減小了開關管和二極管的電壓應力，能有效減少開關管的損耗；
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，通過在變換器拓撲中加入漏感吸收電容或鉗位二極管實現對變換器漏感影響的抑制。
以上研究成果發表在2020年《電工技術學報》增刊2上，論文標題為“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。
