单开关高增益Boost变换器：低电压应力与高效能设计

本文主要探讨了一种创新的单开关低电压应力的高增益Boost变换器，针对分布式发电系统中光伏板和燃料电池等低压直流电转换为高压直流电的需求。该变换器的核心设计特点是结合了开关电容与开关电感网络，以及泵升电容的运用，旨在提升电压增益，同时降低功率器件如开关管和二极管承受的电压应力。 传统的Boost变换器由于输出电压增益有限且开关管承受较大电压应力，对于新能源并网应用显得不足。文献[4-5]中的级联型Boost升压变换器虽然增益较大，但器件数量多、效率不高，而且后级器件压力增大。文献[6]的泵升电容方案虽能提高增益，但开关管和二极管仍面临较大电压应力。文献[7-9]的耦合电感方案虽然能通过增加电感绕组来提升增益，但可能导致开关管在关断时电压尖峰问题，以及增加电路复杂性和损耗。 本文的创新之处在于，基于文献[6]的拓扑基础，通过引入开关电感和开关电容网络，不仅提高了电压增益，还减少了开关管的数量，从而降低了器件的电压应力。此外，采用磁集成技术，将两个电感（L1和L2）绕在同一个磁芯上形成耦合电感，显著提升了变换器的功率密度，这对于小型化和高效能的电力转换至关重要。 变换器的拓扑结构如图1所示，主要包括开关电感网络、开关电容网络、泵升电容CC以及耦合电感L1和L2。工作模式分析假设所有器件为理想状态，忽略寄生参数，并假定电容C1、C2、C0和CC具有极高的容量，能有效抑制电压纹波。 作者通过制作了一台样机，输入电压为30V，输出电压可达到380V，额定功率为200W，实际实验验证了理论分析的正确性。实验结果表明，这种单开关高增益Boost变换器不仅提高了电压转换效率，而且在实际应用中表现出良好的性能和可靠性。 总结来说，本文介绍的单开关低电压应力的高增益Boost变换器是一种创新的解决方案，它通过优化电路设计，提升了变换器的性能，对推动绿色能源的分布式供电系统有着重要的实用价值。