【《升压变换器技术发展研究的国内外文献综述》2600字】

升压变换器技术发展研究的国内外文献综述理论上,传统升压变换器的占空比与电压增益成正比，也就是说如果占空比足够大的话，变换器所能够转换的电压也会受到最大程度的增强。但弊端是占空比的增加会加大电感电流纹波，同时开关器件的电压应力也会成正比增加，这大大影响到了变换器的动态性能。为了满足现代工业要求，学者们对高增益、高效率变换器进行深入研究，非隔离型高增益倍压技术总结如图1.3所示，其主要分为倍压结构倍压技术、多级倍压技术、磁耦合倍压技术，通过对上述三种倍压技术的相互融合，形成多种高增益DC-DC变换器结构。图1.4非隔离型高增益倍压技术总结Figure1.4

Summary

of

Non-isolated

High-Ggain

High-Pressure

Technology1.1倍压结构倍压技术倍压结构倍压技术是通过在传统变换器结构中增添倍压结构，该方法简单有效，可以在保留变换器原有性能的基础上，提升变换器的电压增益。国内外研究学者通过将传统DC-DC变换器中的倍压结构进行提取，研究出各种倍压方案。其中，以开关电感、开关电容、开关电感开关电容组合倍压技术单元为代表得到了广泛应用。（1）开关电感倍压技术开关电感倍压结构是由开关器件和电感组成的倍压结构。现有常用的开关电感结构共有三种，即传统开关电感、LCL开关电感以及二次型开关电感结构如图1.5所示。(a)传统开关电感(b)LCL开关电感(c)二次型开关电感图1.5三种开关电感结构Figure

1.5

Three

switching

inductors三种开关电感结构的倍压实质实际上是相同的，当结构处于电感储能模态下，结构中的两个电感并联储能，当结构处于电感能量释放的模态下，两个电感串联给后级充电。倍压实质为:并联储能，串联放电。开关电感结构在许多文献中都具有应用[29-31]，但由于储能电感一般位于变换器的输入端，开关电感结构虽然能提升变换器的电压增益，但并不能改善变换器中开关器件的电压应力，其效果也是仅仅提升增益，同时由于结构中多个电感结构的存在，变换器的功率密度也有所提升。

（2）开关电容倍压技术

开关电容倍压结构与开关电感倍压结构类似，是由开关器件和电容组成的倍压结构，由于开关电容结构对称、拓展灵活,电压增益提升高等优点,广泛应用于各种高增益变换器拓扑中[31-36]，三种常见的开关电容结构如图1.6所示。(a)并联充电串联放电Ⅰ型(b)并联充电串联放电Ⅰ型(c)相互储能型图1.6三种开关电容结构Figure

1.6

Three

Switching

Capacitance

Structures开关电容结构的工作方式有两种，一种为电容并联储能，串联放电。另一种为电容之间相互储能。开关电容结构一般位于开关管后级。且相较于开关电感结构，开关电容具有倍压能力强，体积小，成本低等优点。但是在开关电容结构中的电容串联的一瞬间，由于两电容在数值上会产生一定的偏差，其在其串联均压的瞬间，会产生较大的电流冲击，增加变换器的损耗，在实际中一般通过在开关电容结构中串联一个小电感从而抑制结构中较大的电流冲击。（3）开关电感开关电容组合倍压技术对于（1）中所述开关电感结构与（2）中所述的开关电容结构来说，可以将二者进行组合应用，开关电感结构可置于变换器前级，开关电容结构放置于开关管的后级可减小开关管应力。文献[37]所提变换器将传统开关电感与相互储能型开关电容结构进行组合，这种变化其最大的优点就是自由灵活，可以进行不同的组合及拓展，所发挥的功效极大。图1.7多单元开关电感/开关电容有源网络变换器Figure

1.7

Multi-unit

switching

inductor/switch

capacitor

active

network

converter1.2多级倍压技术多级倍压技术实际上是将不同的结构进行不同的连接，从而得到新的变换器拓扑的方式，可以达到成倍提升电压增益的效果。现如今，多级倍压技术主要分为交错并联倍压、多电平倍压、级联倍压、组合倍压等方式。交错并联倍压技术在大功率场合，单个传统变换器难以满足实际需求，而随着变换器的功率增加，变换器的输入输出电流纹波增大，变换器的稳定性和可靠性会受到一定的影响。交错并联技术是通过多个相同变换器并联而成，且采用的控制方式为交错导通，这使得变换器动态响应变快、处理功率能力和稳定性能加强以及输入输出电流纹波变小。在高增益场合中，交错并联倍压技术的应用也较为广泛，通过在相与相之间增添倍压结构，从而大大提升变换器的电压增益输出。图1.8给出一种多相交错并联倍压技术构成高增益变换器的总结方案。图1.8交错并联倍压技术示意图Figure

1.8

Schematic

illustration

of

staggered

parallel

multiple

pressure

technique文献[38]所提变换器如图1.9所示，在两相交错并联Boost变换器的基础上，在第一相Boost变换器增添一个倍压电容，利用第二相Boost变换器给倍压电容充电，从而提升变换器的电压增益。图1.9一种新型交错并联双向DC/DC变换器Figure

1.9

A

novel

interleaved

parallel

bidirectional

DC/DC

converter多电平倍压技术多电平倍压技术是通过将多个拓扑模块进行串并联从而形成高增益变换器拓扑结构的一种方式，多电平倍压技术一般应用于逆变器的前级[40-41]，现如今常用的是模块化多电平技术，通过将多个有源开关模块叠加，从而达到提升变换器的电压增益。文献[40]所提变换器如图1.10所示，通过叠加多个模块，易于拓展变换器的电压增益，适用于高增益场合，但是多电平倍压技术存在结构复杂以及控制策略复杂等问题。图1.10采用模块化结构的多相多电平LLC谐振变换器Figure

1.10

Multi-phase

multi-level

LLC

resonant

converter

with

modular

structure级联、组合倍压技术级联和组合倍压技术其实是两种不同的提升变换器电压增益方案，对于级联倍压技术来说，其将两个或者多个变换器拓扑结构连接在一起，前一级变换器拓扑结构的输出连接后一级变换器拓扑结构，通过多级结构连接从而提升变换器的电压增益[42-43]。但是对于级联倍压技术，由于多级结构的连接，其至少需要两套以上的控制驱动器且变换器整体控制方案复杂，同时，最后一级变换器的开关器件应力过大，影响变换器性能。组合倍压技术与级联倍压技术相似，其核心方案也是将多个变换器结构在输入和输出端进行串联或者并联达到将结构简化的目的，组合形成新的拓扑，所得到的新型变换器的拓扑电压增益可为两个变换器增益之和甚至更高。此技术不仅结构简单而且易于拓展，可以在多种场合中应用。文献[41]所提变换器如图1.11所示，通过共用相同的前级结构，将不同的设备进行组合，从结构上说，由于只有一个开关管，故结构简单、易于控制。图1.11单开关高增益Boost-Sepic集成变换器Figure

1.11Single-switch

high

gain

Boost-Sepic

integrated

converter1.3磁耦合倍压技术磁耦合倍压技术是一种行之有效提升变换器电压增益的技术之一，其将隔离型变换器结构中的变压器引入非隔离变换器中，并通过与电容-二极管结构进行组合，得到耦合电感变换器。耦合电感变换器不仅可以通过调节耦合电感匝比来灵活调节其电压增益，同时其结构比较于级联、多电平以及倍压单元倍压方案，变换器所用元器件也有所减少，总结磁耦合倍压式变换器的广义结构图如图1.12所示。图1.12磁耦合倍压技术广义结构Figure1.12

Generalized

Structure

of

Ma