升壓變換器技術(shù)發(fā)展研究的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述理論上,傳統(tǒng)升壓變換器的占空比與電壓增益成正比，也就是說如果占空比足夠大的話，變換器所能夠轉(zhuǎn)換的電壓也會受到最大程度的增強(qiáng)。但弊端是占空比的增加會加大電感電流紋波，同時開關(guān)器件的電壓應(yīng)力也會成正比增加，這大大影響到了變換器的動態(tài)性能。為了滿足現(xiàn)代工業(yè)要求，學(xué)者們對高增益、高效率變換器進(jìn)行深入研究，非隔離型高增益倍壓技術(shù)總結(jié)如圖1.3所示，其主要分為倍壓結(jié)構(gòu)倍壓技術(shù)、多級倍壓技術(shù)、磁耦合倍壓技術(shù)，通過對上述三種倍壓技術(shù)的相互融合，形成多種高增益DC-DC變換器結(jié)構(gòu)。圖1.4非隔離型高增益倍壓技術(shù)總結(jié)Figure1.4

Summary

of

Non-isolated

High-Ggain

High-Pressure

Technology1.1倍壓結(jié)構(gòu)倍壓技術(shù)倍壓結(jié)構(gòu)倍壓技術(shù)是通過在傳統(tǒng)變換器結(jié)構(gòu)中增添倍壓結(jié)構(gòu)，該方法簡單有效，可以在保留變換器原有性能的基礎(chǔ)上，提升變換器的電壓增益。國內(nèi)外研究學(xué)者通過將傳統(tǒng)DC-DC變換器中的倍壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行提取，研究出各種倍壓方案。其中，以開關(guān)電感、開關(guān)電容、開關(guān)電感開關(guān)電容組合倍壓技術(shù)單元為代表得到了廣泛應(yīng)用。（1）開關(guān)電感倍壓技術(shù)開關(guān)電感倍壓結(jié)構(gòu)是由開關(guān)器件和電感組成的倍壓結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有常用的開關(guān)電感結(jié)構(gòu)共有三種，即傳統(tǒng)開關(guān)電感、LCL開關(guān)電感以及二次型開關(guān)電感結(jié)構(gòu)如圖1.5所示。(a)傳統(tǒng)開關(guān)電感(b)LCL開關(guān)電感(c)二次型開關(guān)電感圖1.5三種開關(guān)電感結(jié)構(gòu)Figure

1.5

Three

switching

inductors三種開關(guān)電感結(jié)構(gòu)的倍壓實(shí)質(zhì)實(shí)際上是相同的，當(dāng)結(jié)構(gòu)處于電感儲能模態(tài)下，結(jié)構(gòu)中的兩個電感并聯(lián)儲能，當(dāng)結(jié)構(gòu)處于電感能量釋放的模態(tài)下，兩個電感串聯(lián)給后級充電。倍壓實(shí)質(zhì)為:并聯(lián)儲能，串聯(lián)放電。開關(guān)電感結(jié)構(gòu)在許多文獻(xiàn)中都具有應(yīng)用[29-31]，但由于儲能電感一般位于變換器的輸入端，開關(guān)電感結(jié)構(gòu)雖然能提升變換器的電壓增益，但并不能改善變換器中開關(guān)器件的電壓應(yīng)力，其效果也是僅僅提升增益，同時由于結(jié)構(gòu)中多個電感結(jié)構(gòu)的存在，變換器的功率密度也有所提升。

（2）開關(guān)電容倍壓技術(shù)

開關(guān)電容倍壓結(jié)構(gòu)與開關(guān)電感倍壓結(jié)構(gòu)類似，是由開關(guān)器件和電容組成的倍壓結(jié)構(gòu)，由于開關(guān)電容結(jié)構(gòu)對稱、拓展靈活,電壓增益提升高等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于各種高增益變換器拓?fù)渲衃31-36]，三種常見的開關(guān)電容結(jié)構(gòu)如圖1.6所示。(a)并聯(lián)充電串聯(lián)放電Ⅰ型(b)并聯(lián)充電串聯(lián)放電Ⅰ型(c)相互儲能型圖1.6三種開關(guān)電容結(jié)構(gòu)Figure

1.6

Three

Switching

Capacitance

Structures開關(guān)電容結(jié)構(gòu)的工作方式有兩種，一種為電容并聯(lián)儲能，串聯(lián)放電。另一種為電容之間相互儲能。開關(guān)電容結(jié)構(gòu)一般位于開關(guān)管后級。且相較于開關(guān)電感結(jié)構(gòu)，開關(guān)電容具有倍壓能力強(qiáng)，體積小，成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是在開關(guān)電容結(jié)構(gòu)中的電容串聯(lián)的一瞬間，由于兩電容在數(shù)值上會產(chǎn)生一定的偏差，其在其串聯(lián)均壓的瞬間，會產(chǎn)生較大的電流沖擊，增加變換器的損耗，在實(shí)際中一般通過在開關(guān)電容結(jié)構(gòu)中串聯(lián)一個小電感從而抑制結(jié)構(gòu)中較大的電流沖擊。（3）開關(guān)電感開關(guān)電容組合倍壓技術(shù)對于（1）中所述開關(guān)電感結(jié)構(gòu)與（2）中所述的開關(guān)電容結(jié)構(gòu)來說，可以將二者進(jìn)行組合應(yīng)用，開關(guān)電感結(jié)構(gòu)可置于變換器前級，開關(guān)電容結(jié)構(gòu)放置于開關(guān)管的后級可減小開關(guān)管應(yīng)力。文獻(xiàn)[37]所提變換器將傳統(tǒng)開關(guān)電感與相互儲能型開關(guān)電容結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，這種變化其最大的優(yōu)點(diǎn)就是自由靈活，可以進(jìn)行不同的組合及拓展，所發(fā)揮的功效極大。圖1.7多單元開關(guān)電感/開關(guān)電容有源網(wǎng)絡(luò)變換器Figure

1.7

Multi-unit

switching

inductor/switch

capacitor

active

network

converter1.2多級倍壓技術(shù)多級倍壓技術(shù)實(shí)際上是將不同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同的連接，從而得到新的變換器拓?fù)涞姆绞?，可以達(dá)到成倍提升電壓增益的效果。現(xiàn)如今，多級倍壓技術(shù)主要分為交錯并聯(lián)倍壓、多電平倍壓、級聯(lián)倍壓、組合倍壓等方式。交錯并聯(lián)倍壓技術(shù)在大功率場合，單個傳統(tǒng)變換器難以滿足實(shí)際需求，而隨著變換器的功率增加，變換器的輸入輸出電流紋波增大，變換器的穩(wěn)定性和可靠性會受到一定的影響。交錯并聯(lián)技術(shù)是通過多個相同變換器并聯(lián)而成，且采用的控制方式為交錯導(dǎo)通，這使得變換器動態(tài)響應(yīng)變快、處理功率能力和穩(wěn)定性能加強(qiáng)以及輸入輸出電流紋波變小。在高增益場合中，交錯并聯(lián)倍壓技術(shù)的應(yīng)用也較為廣泛，通過在相與相之間增添倍壓結(jié)構(gòu)，從而大大提升變換器的電壓增益輸出。圖1.8給出一種多相交錯并聯(lián)倍壓技術(shù)構(gòu)成高增益變換器的總結(jié)方案。圖1.8交錯并聯(lián)倍壓技術(shù)示意圖Figure

1.8

Schematic

illustration

of

staggered

parallel

multiple

pressure

technique文獻(xiàn)[38]所提變換器如圖1.9所示，在兩相交錯并聯(lián)Boost變換器的基礎(chǔ)上，在第一相Boost變換器增添一個倍壓電容，利用第二相Boost變換器給倍壓電容充電，從而提升變換器的電壓增益。圖1.9一種新型交錯并聯(lián)雙向DC/DC變換器Figure

1.9

A

novel

interleaved

parallel

bidirectional

DC/DC

converter多電平倍壓技術(shù)多電平倍壓技術(shù)是通過將多個拓?fù)淠K進(jìn)行串并聯(lián)從而形成高增益變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一種方式，多電平倍壓技術(shù)一般應(yīng)用于逆變器的前級[40-41]，現(xiàn)如今常用的是模塊化多電平技術(shù)，通過將多個有源開關(guān)模塊疊加，從而達(dá)到提升變換器的電壓增益。文獻(xiàn)[40]所提變換器如圖1.10所示，通過疊加多個模塊，易于拓展變換器的電壓增益，適用于高增益場合，但是多電平倍壓技術(shù)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及控制策略復(fù)雜等問題。圖1.10采用模塊化結(jié)構(gòu)的多相多電平LLC諧振變換器Figure

1.10

Multi-phase

multi-level

LLC

resonant

converter

with

modular

structure級聯(lián)、組合倍壓技術(shù)級聯(lián)和組合倍壓技術(shù)其實(shí)是兩種不同的提升變換器電壓增益方案，對于級聯(lián)倍壓技術(shù)來說，其將兩個或者多個變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接在一起，前一級變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的輸出連接后一級變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過多級結(jié)構(gòu)連接從而提升變換器的電壓增益[42-43]。但是對于級聯(lián)倍壓技術(shù)，由于多級結(jié)構(gòu)的連接，其至少需要兩套以上的控制驅(qū)動器且變換器整體控制方案復(fù)雜，同時，最后一級變換器的開關(guān)器件應(yīng)力過大，影響變換器性能。組合倍壓技術(shù)與級聯(lián)倍壓技術(shù)相似，其核心方案也是將多個變換器結(jié)構(gòu)在輸入和輸出端進(jìn)行串聯(lián)或者并聯(lián)達(dá)到將結(jié)構(gòu)簡化的目的，組合形成新的拓?fù)?，所得到的新型變換器的拓?fù)潆妷涸鲆婵蔀閮蓚€變換器增益之和甚至更高。此技術(shù)不僅結(jié)構(gòu)簡單而且易于拓展，可以在多種場合中應(yīng)用。文獻(xiàn)[41]所提變換器如圖1.11所示，通過共用相同的前級結(jié)構(gòu)，將不同的設(shè)備進(jìn)行組合，從結(jié)構(gòu)上說，由于只有一個開關(guān)管，故結(jié)構(gòu)簡單、易于控制。圖1.11單開關(guān)高增益Boost-Sepic集成變換器Figure

1.11Single-switch

high

gain

Boost-Sepic

integrated

converter1.3磁耦合倍壓技術(shù)磁耦合倍壓技術(shù)是一種行之有效提升變換器電壓增益的技術(shù)之一，其將隔離型變換器結(jié)構(gòu)中的變壓器引入非隔離變換器中，并通過與電容-二極管結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，得到耦合電感變換器。耦合電感變換器不僅可以通過調(diào)節(jié)耦合電感匝比來靈活調(diào)節(jié)其電壓增益，同時其結(jié)構(gòu)比較于級聯(lián)、多電平以及倍壓單元倍壓方案，變換器所用元器件也有所減少，總結(jié)磁耦合倍壓式變換器的廣義結(jié)構(gòu)圖如圖1.12所示。圖1.12磁耦合倍壓技術(shù)廣義結(jié)構(gòu)Figure1.12

Generalized

Structure

of

Ma