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隨著目前人類的快速發(fā)展，對(duì)能源的依賴越來(lái)越高；目前世界上主要國(guó)家都在積極推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)改革，優(yōu)化能源構(gòu)成。以光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、燃料電池等為代表的綠色能源并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)在近些年得到了快速發(fā)展。

以光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為例，目前廣泛應(yīng)用的光伏電池板其輸出電壓在DC12~100V，不能滿足高壓并網(wǎng)的需求，因此需要經(jīng)過(guò)升壓直流變換器提高電壓后再連接并網(wǎng)逆變器等直流負(fù)載。近年來(lái)，各大院校和研究院對(duì)高升壓比的直流變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制理論等進(jìn)行了大量研究。

傳統(tǒng)提高變換器電壓增益的主要方法有以下四種：

①通過(guò)變換器級(jí)聯(lián)和組合來(lái)提高變換器增益，其應(yīng)用的開(kāi)關(guān)管二極管數(shù)量較多、成本較高、器件損耗較大、可靠性較低；

②應(yīng)用開(kāi)關(guān)電感模塊代替升壓變換器中的電感來(lái)實(shí)現(xiàn)變換器電壓增益的提高，但其開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力較高、開(kāi)關(guān)管損耗較大；

③采用開(kāi)關(guān)電容來(lái)增加電壓增益，其不足在于調(diào)節(jié)范圍較小，一般只能整倍數(shù)輸出；

④采用變壓器或耦合電感提高變換器增益，通過(guò)調(diào)節(jié)變壓器和電感的匝比提升變換器增益，但也存在開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力較高的缺點(diǎn)。

有學(xué)者介紹了一種帶中心抽頭的耦合電感變換器，通過(guò)調(diào)節(jié)耦合電感匝比可以大幅提高變換器電壓增益，但由于其耦合電感為中心抽頭，制作難度較高，且當(dāng)耦合電感匝數(shù)比較大時(shí)，耦合電感一次電流較大，容易造成磁芯保護(hù)，因此在實(shí)際應(yīng)用中其電壓增益不能太高。

磁集成技術(shù)目前在直流變換器中應(yīng)用較為廣泛，有學(xué)者通過(guò)對(duì)組合Cuk變換器的分析，證明磁集成技術(shù)可以減小磁件體積、減小電感電流紋波且降低磁件損耗。有學(xué)者提出一種新型磁集成高增益變換器，但由于其應(yīng)用了開(kāi)關(guān)電感單元和開(kāi)關(guān)電容單元，二極管數(shù)量較多導(dǎo)致效率較低。

通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的研究，遼寧工程技術(shù)大學(xué)等單位的科研人員提出一種新型磁集成高增益耦合電感倍壓Boost變換器。變換器拓?fù)洳捎糜性撮_(kāi)關(guān)電感結(jié)構(gòu)和耦合電感倍壓結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式，通過(guò)改變耦合電感匝數(shù)比提高電壓增益，并對(duì)變換器中電感進(jìn)行磁集成。重點(diǎn)分析變換器的工作模態(tài)，推導(dǎo)電壓增益、開(kāi)關(guān)管和二極管電壓電流應(yīng)力，分析漏感對(duì)變換器的影響。

圖1 新型變換器拓?fù)溲葑?/p>

圖2 耦合電感與樣機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

新變換器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）具有更寬的電壓調(diào)節(jié)范圍，通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)耦合電感的匝比使變換器具有更高的電壓增益，可以靈活地適應(yīng)各種工作要求；

2）相較于傳統(tǒng)變換器，在提高電壓增益的同時(shí)，減小了開(kāi)關(guān)管和二極管的電壓應(yīng)力，能有效減少開(kāi)關(guān)管的損耗；

3）通過(guò)磁集成減小電感電流紋波、提高變換器效率、減小磁件體積；

4）給出了變換器的改進(jìn)方式，通過(guò)在變換器拓?fù)渲屑尤肼└形针娙莼蜚Q位二極管實(shí)現(xiàn)對(duì)變換器漏感影響的抑制。

以上研究成果發(fā)表在2020年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊2上，論文標(biāo)題為“一種新型磁集成高增益耦合電感倍壓Boost變換器”，作者為李洪珠、劉飛揚(yáng) 等。