一种新颖的升压型电压调整器两相交错并联耦合电感BOOST变换概要.docx

1、一种新颖的升压型电压调整器两相交错并联耦合电感BOOST变换概要第卷第期年月文章编号：（）中国电机工程学报、，五髓文献标识码：中图分类号：学科分类号：一种新颖的升压型电压调整器一两相交错并联耦合电感变换器胡庆波，瞿博，吕征宇（浙江大学电力电子国家专业实验室，浙江省杭州市）】王，（仃，柚，柚，）认柚关键词：升压型电压调整器，交错并联，耦合电感，有源钳位，廿，引言随着蓄电池的大量使用，蓄电池的使用寿命越托柚叩唱来越得到人们的关注。目前，蓄电池在使用过程中通常采用串联的工作方式，这种方式下串联组内蓄电池均以同样大小的电流进行充放电。因此，由于单体蓄电池性能的差异，从而蓄电池组内性能较差的电池容易先损

2、坏，通常情况下就使整组蓄电池报废。因此，这个串联使用蓄电池的方法存在大量的能源浪费。而采用单体蓄电池或并联蓄电池的工作方式可以避免上述问题，但是目前单体蓄电池电压偏低，如镍氢蓄电池只有，锂电池，燃料电池，聘吐埘【柚！删、：；“）；。因此如何高效的对单体蓄电池进行能量变换摘要：单体蓄电池的使用寿命高于串联使用的蓄电池组，但是单体蓄电池普遍存在电压偏低的问题。针对这一问题选用一种新型的升压电路结构，即两相交错并联耦合电感变换器，通过改变耦合电感匝比来获得不同的输出电压。在传统两相交错并联变换器中，当输入输出电压增益较高时，电路的占空比调节范围较小。通过采用耦合电感的方法可以扩展电路的占空比，但由于

3、漏感能量的存在会造成开关管上较大的电压尖峰。该文提出一种在两相交错并联耦合电感结构的变换器中利用相邻相开关管作为钳位管的方法，该方法只需增加一个电容元件即可实现电路的有源钳位功能。理论分析和实验结果均表明该变换器对抑制开关管电压尖峰有很好的效果。是一个值得研究的问题。目前，从洲技术来看，可以从降到，甚至，其效率可以达到。已有文献对技术中的拓扑改进，控制策略，磁元件的集成等进行了大量的研究，取得了许多成果。本文在借鉴了删技术的基础上提出一种新型升压结构的，该变换器采用交错并联技术来减少电感电流的纹波脉动，采用耦合电感技术。来扩展变换器的占空比。同时，针对耦合电感变换器中存在的电压尖峰问题，本文采

4、用增加电容钳位的方法，在无需增加电路有源开关的前提下，通过相邻相开关管实现电路的有源钳位功能，从而对主管电压尖峰进行抑制，电路简单实用。理基金项目：国家自然科学基金项目（）。论分析和实验结果均表明该变换器在实现升压功能的同时，能对开关管电压尖峰进行有效地抑制。）万方数据第期胡庆波等：一种新颖的升压型电压调整器一两相交错并联耦合电感变换器两相交错并联变换器传统两相交错并联变换器图是两相交错并联变换器的电路图。通过并联可以减少每路工作电流，并且当占空比为时可以消除输入电流脉动。但是，在本文的应用中，由于输入输出电压增益较大，从而正常工作时电路占空比已经接近于，因此，在消除电流脉动方面效果不明显。交

5、错并联电路中输入输出电压关系如下：。玩“）（）图两相交错并联电路明耦合电感变换器文献】对如何扩展电路占空比进行了研究，可以采用耦合电感的方式来扩展电路占空比。这种方式对原先交错并联的电路修改较少。图是耦合电感电路，这里定义耦合电感的匝比为刀厶厶。图两相交错并联耦合电感变换器钾魄在图所示的两相交错并联耦合电感变换器中，直流增益是占空比和耦合电感匝比：丝：丝的函数，表示如下：、。尼（一）（）当一定时，可以通过调整，来获得更高的输出电压。电压尖峰问题在两相交错并联耦合电感电路中，由万方数据于电感和开关管串联，因此当开关管关断时会产生一个巨大的电压尖峰。图中魄和分别是开关管两端的驱动和漏源极（两端电压

6、波形，可以很清楚的看到管子关断时存在很大的电压尖峰。通过增加钳位或吸收电路可以抑制这一尖峰。但是，这需要增加较多的无源或有源器件，同时也增加了变换器的复杂性。，格图开关管的驱动和粥波形珊电容钳位式交错并联耦合电感变换器为了解决上面提到的电压尖峰问题，本文提出了一种采用电容钳位的交错并联耦合电感变换器。参照有源钳位的电路结构，可以在每相的主开关管上增加一个钳位电路，如图所示。每相电路均有一个由电容和组成的有源钳位电路。工作时电容电压恒定，可以当作电压源。钳位管、具有和、相同的驱动脉冲。当主管、关断时，电感能量使、的体二极管导通，从而和间电压为输入电压和钳位电容电压之和，电感能量储存到钳位电容上从

7、而循环利用。由于图的钳位电路需要每相均增加钳位管和电容，这对于两相交错并联的电路来说，需要增加较多的元件，这将使原本复杂的电路更为复杂。因此本文提出一种利用相邻相的开关管来作为钳位管的控制方法，如图所示。图中、具有两个功能，在作为各自相的主开关外，它们还对相邻相起到了有源钳位的作用，该拓扑在无需增加电路开关元件的前提下实现了每相电路的有源钳位功能。下面来进行电路的稳态分析，电压电流的方向如图所示。这里把钳位电容电压当作恒压源处理，所有的半导体开关均为理想开关。图画出了主要的工作波形，图是各个阶段的等效电路图，其工作过程能简单地描述如下。阶段（“一）中国电机工程学报这一阶段是电感厶储能，如图（）

8、所示，】、导通，、关断。输入电压通过对厶储能，厶通过放出能量，同时匕通过对输出负载放嘶刊班魄。竺辑杠一一幽豁蜊二如兮专字二耠一第卷一十一坠皇坠女卜叶。一魄广一“厂、矿广一图有源钳位交错并联耦合电感变换器兮簿弋除、十寸十一恕如“啊廿锄图变换器的主要工作波形【蛐出能量。这一阶段持续到关断，导通为止。阶段（一岛）这一阶段是电感放出能量，如图（）所示，、导通，、关断。厶通过的体二极管放出能量，两端的电压为输入电压和电容电压图电容钳位型交错并联耦合电感变换器廿之和，同时如、厶分别通过、对负载放出能量。这一阶段持续到的体二极管关断为止。阶段（岛一如）锄聊这一阶段是电感储能，如图（）所示，、导通，、关断。如

9、、厶分别通过、对负载放出能量，输入电压通过、厶对充电。这一阶段持续到导通为止。阶段（岛一）这一阶段是电感厶放出能量，如图（）所示，图变换器的稳态分析图、导通，、关断。电感厶通过放出能量，输入电压通过对厶储能，同时如通过蚰釉图变换器各阶段等效电路昏。蜘嬲唧万方数据第期胡庆波等：一种新颖的升压型电压调整器一两相交错并联耦合电感变换器对负载放出能量。这一阶段持续到。关断为止。阶段（一氏）形，由于有限的电容值，其电压存在脉动，平均值为输入电压。图是电感，两端的电压波形，图是当电路占空比为时开关管两端的波形，同阶段类似，这一阶段是电感放出能量，如图（）所示，、导通，、关断。厶通过其中玑，是的驱动波形，。

10、是经电容钳位后两端的电压波形。从图中可以清楚的看出图的体二极管放出能量，两端的电压为输入电压和电容电压之和，同时、厶分别通过、对负载放出能量。这一阶段持续到。的体二极管关断为止。阶段（氏一芘）同阶段类似，这一阶段是电感厶储能，如图（）所示，、导通，、关断。如、厶分别通过、。对负载放出能量，输入电压通过厶、乙对充电。这一阶段持续到】导通为止。下面来推导上述变换器的稳态增益方程，这里考虑电容稳态工作时电压恒定，即。巩。下面写出每个状态时电感厶两端的电压表达式。一：厶（厶厶）（）一乞：一玑（砜一），（）如一：（。一），（）如一：一。（。一）咒（）一（。一）（）一气（。一）（）其中，魄是开关管体二极管

11、的导通压降。因此对电感在一个开关周期内进行电压积分，可以获得表达式玑厶“厶厶）昆（一）（）根据上式，当占空比，厶厶，主管，和的电压应力为阢，巩。实验结果实验中采用两节镍氢蓄电池串联作为输入电压，变换器的控制芯片采用，开关管工作频率。电感厶厶厶厶“，心，整个变换器工作在开环方式下，输出占空比，耦合电感匝比以。图所示是。两端的电压波形，其中酞，是】的驱动波形，。是经电容钳位后两端的电压波形。图是图的局部放大，从。中可以看出有一段体二极管导通的时间，这也正是采用电容钳位所必须的。图是不采用电容钳位时的波形，其中。，是的驱动波形，。是开关管两端的电压波形，从图中可以看出，开关管两端有很高的电压尖峰。图

12、是钳位电容两端的电压波万方数据所示的个电路状态。蛙魄皇广。堙：。蚺一，格图电容钳位后开关管两端电压波形丽吣神蜒洮：蛙魄：一！。，格图电容钳位后开关管两端电压波形稍吣剐阻卵锄蜒卜宝飞。篓：二：蝗呈瞄二：“图没有电容钳位时开关管两端电压波形珊础稍魄二二二二一儿格图钳位电容两端电压波形中国电机工程学报第卷。一蜒罐掌一岫：，格图电感两端电压波形珊蜒一省：。叫：一！蜒，鞘黼黼溪格图占空比时开关管两端波形更碡咖盯诵蛐锣呵结论本文提出在两相交错并联电路中采用耦合电感的方式，扩展了电路的占空比。另外，在两个相邻变换器之间加入电容作为电压钳位，可以有效地抑制开关管两端的电压尖峰。理论分析和实验结果均表明采用电容

13、钳位耦合电感的变换器在完成升压的同时可以对开关管两端的电压尖峰有很好的抑制效果。参考文献，（）：】，培咄！托仃撕，。，梁小国，危建，阮新波一种新型的交错并联正激三电平变换器】中国电机工程学报，（）：（，山，（）：一（），【，曙，：，】，（），万方数据（）：】，】，：一，虹，）：】，玎【】，一】印，【，一，一，【，（）：许峰，徐殿国，柳玉秀一种新型的全桥零电压零电流开关变换器【中国电机工程学报，（）：，（），（）：一（）【林国庆，陈大华，陈和平车用金灯电子镇流器研究【】中国电机工程学报，（）：，山，（）：一（）】石健将，何湘宁，严仰光耦合电感并一串型双管正激组合变换器研究【】中国电机工程学报，（）：，一一咖，（）：一（）【张方华，严仰光一族正反激组合式双向变换器【电机工程学报，（）：一曲，州嘶，（）：（）【