基于开关电感的混合二次型Boost DCDC变换器.doc

基于开关电感的混合二次型Boost DCDC变换器 第36卷第8期辽宁工程技术大学学报（自然科学版）xx年8月Vol.36No.8Journal of Liaoning TechnicalUniversity（Natural Science）Aug.xxxx-12-30基金项目北京市青年拔尖人才培育计划项目（CIT&TCTxx04111）；北京市自然科学基金重点项目（KZxx11232035）作者简介李坤鹏（1989-），男，河南周口人，硕士研究生，主要从事电力电子与电力传动方面的研究.本文编校史庆华辽宁工程技术大学学报（自然科学版)网址58/xuebao.lntu./李坤鹏,张巧杰,王久和.基于开关电感的混合二次型Boost DC/DC变换器J.辽宁工程技术大学学报(自然科学版),xx,36 (8):865-871.doi:10.11956/j.issn.1008-0562.xx.08.015LI Kunpeng,ZHANG Qiaojie,WANG Jiuhe.A hybrid quadratic boost DC/DC converterbased onswitched-inductor structureJ.Journal ofLiaoning TechnicalUniversity(Natural Science),xx,36 (8):865-871.doi:10.11956/j.issn.1008-0562.xx.08.015基于开关电感的混合二次型Boost DC/DC变换器李坤鹏，张巧杰，王久和（北京信息科技大学自动化学院，北京100192）摘要针对传统直流变换器升压能力不足的问题，在二次型Boost变换器的基础上，结合开关电感单元具有提高升压比的优点,提出了混合二次型Boost变换器.详细分析了混合二次型Boost DC/DC变换器输入电感12L L=、12L L和12L L (xx)08-0865-07A hybrid quadratic boost DC/DC converterbased onswitched-inductor structureLI Kunpeng,ZHANG Qiaojie,WANG Jiuhe（School ofAutomation,Beijing InformationScience andTechnology,Bejing100192,China）Abstract:Photovoltaics andfuel cellsapplication fieldsput forwardhigher requirementon the voltage gainfor the boostDC/DC converter.Aiming at the problemof inadequateboost abilityof traditionalboostDC/DC converter,this paperproposed the hybridquadratic boost converterby biningwith theadvantages of the switched-inductor structuresto raisethe voltage gain of theboost converter,which isbased onthe quadratic boost converter.Aording tothe differentvalues of the inductor L1and L2among switched-inductor structures,the operationprinciple ofthe hybridquadratic boostDC/DC converter is analyzedunder conditionofL1L2,L1=L2and L1和12L L和12L L2L的情况开关管S闭合时，电感1L、2L同时充电，由于1L大于2L，开关关断时，1Li将小于2Li，根据基尔霍夫电流定律(KCL)，二极管1D将被迫导通，电流1Li维持不变，电流2Li线性减小，直到电流2Li等于1Li，二极管1D截止，此过程持续时间记为sDT，电感电流1Li，2Li的电流波形见图6.辽宁工程技术大学学报（自然科学版）第36卷辽宁工程技术大学学报（自然科学版)网址58/xuebao.lntu./8682LigsV0t1t2t0st T+1LisDTsTttsDT图6电感1L2L时1Li、2Li的电流波形Fig.6current waveformsof1Li and2Li in case1L2L电感1L2L时，开关电感单元中各器件电流波形及电感3L的电流波形见图7.sT1L i2Li2Di1Di3L igsV0t1t2t0st T+sDTt图7电感1L2L时开关电感单元的电流波形及L3的电流波形Fig.7current waveformsof switched-inductor structuresand TheinductorL3in caseL1L2（a）工作模态1(01t t)此状态与电感1L=2L时工作模态1的等效电路相同，见图5（a）；由于1L大于2L，2Li比1Li线性增加的快，1t时刻，充电结束，2Li大于1Li.此阶段对应的状态方程与1L=2L时相同，见式 （2）.（b）工作模态2（12tt）1t时刻，开关管S断开，2D、4D截止，1D、3D、5D、12D导通，其等效电路见图8.此刻电流1Li小于2Li，二极管1D被迫导通，电感1L两端电压为零，1Li维持不变，电源E和电感2L向电容1C和电感3L释放能量，2Li线性减少，电感3L向电容2C和负载提供能量，3Li线性减少，直到2t时刻，2Li等于1Li.此阶段对应的状态方程为11221331211232223d0dddddddddLLCLC CCLLC CLiLtiLE vtiLv vtvCi itvvC itR?=?=?=?=?=?. （6）（c）工作模态3（20st tT+）开关管S仍是断开，等效电路见图5（b），此阶段1Li等于2Li，与电感1L=2L时的工作模态2相同；对应的状态方程见式 （3）.根据电感1L、2L、3L的伏秒平衡特性，对混合二次型Boost变换器进行直流稳态分析可得111221112112() (1)0()() (1)0() (1)0CC CCC CLED E V D DLLLED E VDEVD DLLV DV VD?+?=?+?+?+?=?+?+?=?. （7）1L3L2D3D5DR1C2C1D2L12D4DE图8电感L1L2时变换器等效电路Fig.8in state2,equivalent circuitoftheproposed converterin caseL1L2由电压2o CVV=和式 （7）可得电感1L大于2L时混合二次型Boost变换器在连续运行模式下的升压比M为o21 (1)V DMED+=?. （8） （3）电感1L2L的情况电感1L2L时运行状态相似，也有3种工作模态，不同之处在于工作模态2.1t时刻，开关管S断开，2D、4D截止，3D、5D、12D导通，当1L2L时，电流1Li小于2Li，二极管1D被迫导通；当1L2L和电感1L2L情况下，电流1Li、2Li变化规律相符. （1）电感1L=2L=300H的实验电感1L、2L都为300H，输入电压E为10V，占空比为0.5时的实验波形见图12.（a）输出电压波形（b）开关管两端电压（c）电流1Li、2Li的波形图12电感L1=L2=300H时的实验波形Fig.12experimental waveformsin L1=L2=300H （2）电感1350H L=、2300H L=的实验电感1L为350H，2L为300H，输入电压为10V，占空比为0.5时的实验波形见图13.第8期李坤鹏，等基于开关电感的混合二次型Boost DC/DC变换器辽宁工程技术大学学报（自然科学版)网址58/xuebao.lntu./871（a）输出电压波形时间（10s/格）V ds(50V/格)V o(50V/格)V gs(5V/格)（b）开关管两端电压（c）电流1Li、2Li的波形图13电感L1=350H、L2=300H时的实验波形Fig.13experimental waveformsin L1=350H andL2=300H4结论 （1）将二次型Boost变换器的输入电感用开关电感单元代替得到混合二次型Boost变换器，该变换器的工作模态受开关电感单元电感1L、2L大小的影响，分析了电感1L、2L大小不等时，混合二次型Boost变换器的工作原理. （2）与二次型Boost变换器相比，混合二次型Boost变换器具有更高的升压比，更小的输入电感. （3）通过实验验证了混合二次型Boost变换器的可行性.参考文献1LI Wuhua,HE Xiangning.Review ofnonisolated high-step-up DC/DC convertersin photovoltaicgrid-connected applicationsJ.IEEE Transactionson IndustrialElectronics,xx,58 (4):1239-1250.2LEE Jianhsieng,LIANG Tsorngjuu,CHEN Jiannfuh.Isolated coupled-inductor-integrated dcdc converter with nondissipativesnubber forsolar energyapplications.in industrialelectronicsJ.IEEE Transactionson IndustrialElectronics,xx,61 (7):3337-3348.3张百乐,王久和,慕小斌.EL模型三电平并网逆变器无源控制J.辽宁工程技术大学学报(自然科学版),xx,34 (1):87-92.doi:10.11956/j.issn.1008-0562.xx.01.018.ZHANG Baile,WANG Jiuhe,MU Xiaobin.Passivity-based controlof three-level gridinverter based on ELmodelJ.Journal ofLiaoning TechnicalUniversity(Natural Science),xx,34 (1)87-92.DOI:10.11956/j.issn.1008-0562.xx.01.018.4CHANGCHIEN SK,LIANG TJ,CHEN JF,et al.Novel high step-up dcdc converter for fuelcell energyconversion systemJ.IEEE Transactionson IndustrialElectronics,xx,57 (6):xx-xx.5LEYVA-ramos J,LOPEZ-cruz JM,ORTIZ-lopez MG,et al.Switching regulatorusing ahighstep-up voltageconverterforfuel-cell modulesJ.Power Electronics,IETxx,6 (8):1626-1633.6HWU K.I,YAN YT.High Step-Up ConverterBased onCharge Pumpand BoostConverterJ.IEEE Transactionson Power Electronics,xx,27 (5):2484-2494.7YE 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