应用于新能源系统中的高升压比DC-DC变换器拓扑

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为了满足日益增长的能源需求并缓解能源危机,分布式能源逐渐吸引了电力生产商的注意力。在各种常用的可再生能源中如风能、太阳能、燃料电池等,太阳能因其丰富的储量近些年得到人们的广泛青睐。由于光伏电池以及燃料电池的输出电压非常低,因此在多数情况下需要采用boost变换器来提高系统的输出电压。但是传统的boost变换器由于器件开关频率以及最小关断时间的限制无法工作在高占空比的情况下,因此升压比有限。  本文针对传统boost变换器的缺陷,提出了几种新的DC-DC变换器。所提的变换器在提高升压比的同时可以降低部分半导体器件的电压应力。其中一种高升压比DC-DC变换器利用了拓展单元降低了变换器的损耗和部分器件的电压应力。通过理论分析推导了该新型变换器提升电压变比的机理。此外,为了验证所提拓扑的特性,搭建了Matlab/Simulink模型对传统拓扑以及所提新型拓扑进行了对比验证。仿真结果显示所在相同的输入下所提新型DC-DC变换器输出电压是35V,而传统boost变换器只有25V;拓展单元的开关器件应力也只有10V,低于基础单元的25V。所提的第二种高增益变换器也即一种具有电压乘法单元(VMC)的新型倍压boost变换器。该变换器由传统倍压变换器改进而来,具备高升压比的同时部分器件的应力得以降低。同样,在同样10V的直流输入的情况下,其输出电压可以达到100V,远远高于传统的boost变换器。另一种所提改进型的倍压DC-DC变换器不仅能够提高电压增益,同时也能降低部分开关器件的应力以及整体变换器的损耗。为了验证这种拓扑的特性,搭建了实验电路进行了实验验证。在输入为直流5V时,该拓扑的输出电压为62,5V,输出功率为19.5W。该拓扑在输入功率20W时效率达到93.39%,而在输入功率3.7W时效率达到83.52%。在相同输入的情况下分别高于传统变换器93.89%和82.96%的效率。
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