高效率高增益DC/DC变换器的研究

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人类在使用化石能源的同时,不可避免的对地球的环境和生态系统造成了巨大破坏。近年来,新能源的开发与利用越来越受到各国政府的重视,同时也得到了众多专家学者的关注。光伏发电由于其安全、清洁、绿色环保等特性近年来得到了较多的应用和快速发展,但单个光伏发电模块的输出电压较低,与并网逆变器所需直流电压通常相差数十倍,传统boost升压变换器难以满足其升压要求。而多个光伏发电模块串联运行又存在可靠性差、发电效率相互影响等问题。因此,研究具有高增益升压能力的新型DC/DC变换器对实现光伏发电系统高效率并网具有重要意义,这也成为当前学术界和工业界的一个研究热点。论文在总结现有适用于高升压变换场合变换器拓扑的基础上,提出了一种新型非隔离型高增益DC/DC变换器,并在此基础之上,提出了一种无源无损零电压关断辅助电路,理论分析和仿真实验结果表明所提变换器具有输入输出增益高、效率高、开关器件电压应力低等特点。本文主要研究内容如下:  首先,介绍了论文的研究背景及意义,分别列述了目前非隔离型高增益DC/DC变换器和高效率DC/DC变换器的研究现状,并对所提出的变换器的优缺点进行了分析比较,归纳总结出论文的主要研究内容。  其次,分析了所提出非隔离型高增益DC/DC变换器的工作原理,推导了变换器的输入输出电压增益,开关管、二极管电压及电流应力等稳态性能参数,最后,在所提变换器基础上,引入VMC(Voltage Multiplier Cell)电压倍增单元,对原有变换器进行了拓展,使其由特殊推广到一般化。在高增益应用场合,也可以通过调节VMC电压倍增单元的数目来实现输入输出电压增益的调节。  再次,详细介绍了非隔离高升压DC/DC变换器的设计过程,并进行了仿真和实验验证。首先对非隔离高升压DC/DC变换器的主要参数进行了设计,包括电感的设计、开关管的选择、二极管的选型以及电容的选择;然后对硬件电路部分进行了设计;最后根据上述结果分别进行了仿真和实验验证,并将其两种结果与理论分析的结果进行对比分析,充分验证了上述变换器理论分析的正确性。  然后,利用状态空间平均法对所提出的变换器进行建模,首先得出电感和电容在每个工作状态的等效方程,然后在一个开关周期内对四组方程进行平均化,进而得出等效平均模型,然后根据等效平均方程推导出等效小信号交流模型,进而推导出变换器的传递函数,进行控制系统设计,最后通过仿真来验证控制系统的可行性和有效性。  最后,在所提变换器基础上,提出了一种无源无损零电压关断辅助电路,辅助电路仅包含两个二极管和一个钳位电容,即可有效降低变换器的开关损耗,并且不会影响到原变换器工作性能和控制方式,然后对这种含与不含软开关的变换器进行了仿真对比验证,并将前后两种变换器的效率进行了对比分析。
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