低电压应力有源钳位耦合电感型高增益dcdc变换器研究

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1、低电压应力有源钳位耦合电感型高增益DC/DC变换器研究重庆大学硕士学位论文(学术学位）学生姓名：张阳指导教师：罗全明副教授专业：电气工程学科门类：工学重庆大学电气工程学院二O一五年五月AStudyonActiveClampCoupled-Inductor-BasedHighStep-upDC/DCConverterwithLowVoltageStressesAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofElectrica

2、lEngineeringByZhangYangSupervisedbyAss.Prof.LuoQuanmingSpecialty:ElectricalEngineeringSchoolofElectricalEngineeringofChongqingUniversityChongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要在不间断电源、高强度气体放电灯、光伏并网发电等系统中，需采用非隔离高增益DC/DC变换器。基本Boost变换器的电压增益及变换效率受到电感、电容、开关器件等的寄生参数影响，一般适用于电压增益不大于4的场合。因此，研究新型高效率、高增益非隔

3、离DC/DC变换器具有重要意义。耦合电感型变换器具有电路拓扑简单、成本低、可靠性高等特点，而且通过合理设计耦合电感原副边匝数比，易于实现高增益变换。另外，有源钳位电路可实现零电压开关，从而降低开关损耗，提高变换效率。因此，本文主要研究有源钳位耦合电感型高增益DC/DC变换器，具体研究内容及取得的研究成果如下：首先，为了降低基本有源钳位耦合电感型高增益DC/DC变换器输出二极管的电压应力，通过在耦合电感副边增加由二极管和电容构成的整流电路，提出了高增益Boost-Flyback变换器。分析了变换器的工作原理及性能特点，并对其进行了仿真和实验验证，相关结果验证了理论

4、分析的正确性。常见的有源钳位电路有Boost型、Buck-Boost型以及串联型之分，结合所提出的高增益Boost-Flyback变换器，对上述三种有源钳位电路的性能进行了对比分析，确定了较优的有源钳位电路。其次，在高增益Boost-Flyback变换器的基础上，为了提高耦合电感磁芯利用率，提出了高增益Boost-Forward变换器，其耦合电感在开关导通时向副边传递能量。分析了它的工作原理，推导出了电压增益公式及实现软开关的条件，最后进行了仿真及实验验证，相关结果验证了理论分析的正确性。再次，为进一步提高耦合电感磁芯利用率，期望变换器在开关导通和关断期间耦合电

5、感均向副边传递能量，提出了高增益Boost-Forward-Flyback变换器，其输出电压为高增益Boost-Flyback变换器和高增益Boost-Forward变换器输出电压之和，电压增益得到进一步提升，而且所有开关和二极管的电压应力均远低于输出电压。同样分析了其工作原理及性能特点，并进行了仿真及实验研究。最后，对所提出的三种高增益DC/DC变换器进行了性能比较分析。最后，研究了基于FPGA的数字控制方法，对相关硬件电路和软件系统进行了设计，并以高增益Boost-Forward-Flyback变换器为控制对象，实现了数字闭环稳压控制。关键词：高增益，耦合电

6、感，软开关，低电压应力I英文摘要ABSTRACTDC-DCconversionapplicationssuchasuninterruptiblepowersupplies(UPS),high-intensity-discharge(HID)lampsforautomobileheadlamps,electricvehicles(EV),photovoltaic(PV)grid-connectedpowersystems,andmanyotherfields,callforhighefficiencyandhighstep-upconverters.Theconv

7、entionalboostconvertercannotachieveaveryhighvoltagegainduetotheequivalentseriesresistance(ESR)associatedwithboostinductor,outputcapacitorandswitch.Theoptimizedvoltagegainofitislimitedtoapproximatelyfourtimeswitharelativehighefficiency.Therefore,itisvalueabletostudythehighefficiencyan

8、dhighvoltage