雷竞技网页版研究与评论-国际期刊雷竞技苹果下载

国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

菜单

在线刊号(2278-8875)印刷版(2320-3765)

所有提交的EM系统将被重定向到网上投稿系统．作者被要求将文章直接提交给网上投稿系统各自的日志。

一种用于光伏系统的新型高阶电压倍增器模块

A.Narasimhulu1还有c . narayana Reddy博士2
  1. 印度安得拉邦Chittoor SV工程学院EEE系PG学生[PE&ED]
  2. 印度安得拉邦Chittoor, SVCET EEE系教授
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

更多相关文章请访问国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

摘要

提出了一种用于前端光伏系统的新型高阶跃变换器。通过一个电压倍增器模块，一个非对称交错高升压变换器通常在一个极端占空比下没有作为函数的高升压增益。电压倍增器模块由常规升压变换器和耦合电感器组成。一个额外的传统升压变换器结合到第一相，以实现相当高的电压转换比。这种两相结构不仅减小了通过各电源开关的电流应力，而且强迫输入电流纹波做一些事情，从而减小了金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)的传导损耗。此外，所提出的转换器的功能是作为一个有源箝位电路，它缓和大电压峰值通过电源开关。因此，可以采用低额定电压的mosfet来降低传导损耗和成本。由于存储在泄漏电感中的能量被激发到输出端，效率提高了。最后，在输入电压为40v，输出电压为380v，输出功率为1000w的情况下，运行原型电路，验证其性能。最高效率为96.8%。

阅读更多

关键字
高阶变换器，电压倍增器模块，升压变换器，光伏系统

介绍
由于能源短缺和环境污染，可再生能源在世界范围内越来越受到重视。可再生能源系统产生低电压输出;因此，高阶跃dc/dc变换器广泛应用于许多可再生能源应用，包括燃料电池、风力发电和光伏系统。在可再生能源系统中，光伏系统有望在未来能源生产中发挥重要作用。这种系统将光能转换为电能，并通过升压转换器将低压转换为高压，升压转换器可以使用逐网逆变器将能量转换为电能，或将能量存储到电池组中。图1显示了一种典型的光伏系统，该系统由太阳能模块、高升压转换器、充放电控制器、电池组和逆变器组成。
高阶跃变换器在整个系统中起着重要的作用，因为系统需要足够高的阶跃变换器。理论上，传统的升压变换器，如升压变换器和返飞变换器，由于元件电阻或漏电感的存在，无法实现高效率的高升压转换。因此，提出了一种改进的升压-反飞变换器，并提出了许多使用耦合电感以获得相当高的电压转换比的变换器。

文献调查
传统的升压变换器，如升压变换器和返飞变换器，由于元件电阻或漏感的存在，不能实现高效率的高升压转换。传统的单开关升压变换器不适合大功率应用，因为输入电流纹波大，会增加传导损失。
因此，大量的交错结构和一些不对称交错结构被广泛使用。目前的研究还提出了一种用于高升压和大功率应用的非对称交错变换器。修改助推飞回转换器。实现高阶跃增益的简单方法之一;这个增益是通过耦合电感实现的。该变换器的性能与有源箝位反激变换器相似;因此，泄漏能量被回收到输出端。

提出了系统
它通过升压电容获得额外的电压增益，并降低输入电流纹波，适用于功率因数校正(PFC)和大功率应用。本文提出了一种结合上述两种变换器优点的非对称交错高阶逆变器。在该转换器的电压倍增器模块中，可以设计耦合电感的匝数比来扩展电压增益，电压提升电容器提供额外的电压转换比。
该变换器的优点如下:
1)变换器的特点是输入电流纹波小，传导损耗小，适用于大功率应用;
2)变换器实现可再生能源系统所需的高升压增益;
3)泄漏能量被回收并发送到输出端，缓解了主开关上较大的电压尖峰;
4)变换器主开关电压应力明显低于输出电压应力;
5)电源开关装置的低rDS(on)和低电压额定值，实现了低成本和高效率。

A)工作原理说明:
图3(a)所示为所提出的带电压倍增器模块的高阶跃变换器。常规升压变换器和两个耦合电感器位于电压倍增器模块中，电压倍增器模块堆叠在升压变换器上形成不对称交错结构。采用Np匝耦合电感的一次绕组减小输入电流纹波，采用Ns匝耦合电感的二次绕组串联以扩大电压增益。耦合电感的匝数比是相同的。电感器的耦合参考值用"表示。和图3中的“*”。
所述变换器的等效电路如图3(b)所示，其中Lm1和Lm2为充磁电感，Lk1和Lk2为漏磁电感，S1和S2为功率开关，Cb为升压电容，n定义为匝数比Ns /Np。
所提出的变换器工作在连续导通模式(CCM)下，在稳定工作期间，功率开关的占空比以180?相移;占空比大于0.5。在所提出的转换器的一个开关周期内的关键稳定波形包含六种模式，图中显示了电路的拓扑级。
图像
模式1 [t0, t1]:t=t0时，电源开关S1、S2均闭合。所有的二极管都是反向偏压的。励磁电感Lm1和Lm2以及漏磁电感Lk1和Lk2由输入电压源Vin线性充电。
模式2 [t1, t2]:在t=t1时，电源开关S2关闭，从而打开二极管D2和D4。励磁电感Lm2所储存的能量被转移到二次侧给输出滤波电容器C3充电。输入电压源、充磁电感Lm2、漏电电感Lk2和升压电容器Cb通过二极管D2延长C1上的电压，将能量释放到输出滤波电容器C1。
模式3 [t2, t3]:在t=t2时，由于漏电电感Lk2的总能量已经完全释放到输出滤波电容C1，二极管D2自动关闭。磁化电感lm2通过二极管D4将能量传递到二次侧，给输出滤波电容器C3充电，直到t3。
模式4 [t3, t4]:在t=t3时，电源开关S2处于ON状态，所有二极管处于OFF状态。模态1和模态4的工作状态相似。
模式5 [t4, t5]:在t=t4时，电源开关S1关闭，使二极管D1和D3打开。存储在充磁电感Lm1中的能量被转移到二次侧给输出滤波电容器C2充电。输入电压源和充磁电感Lm1通过二极管D1向升压电容器Cb释放能量，后者将额外的能量储存在Cb中。
模式6 [t5, t0]:在t=t5时，由于漏电感Lk1的总能量已经完全释放给升压电容器Cb，二极管D1自动关闭。励磁电感Lm1通过二极管D3将能量传递到二次侧，给输出滤波电容器C2充电，直到t0。

变频器部件及参数
图像
文中介绍的高阶跃交错变换器也适用于光伏系统的高阶跃大功率转换，文中介绍的另一种高阶跃交错变换器是一种不对称交错结构，适合直流微电网应用。这两种变换器都采用耦合电感和双电压来实现高阶跃转换。该变换器的升压增益最大，开关电压应力最小。在所设计的匝数比n小于2时，所设计的变换器二极管的最高电压应力在比较的变换器中是最低的。此外，引入的转换器二极管数量最少。由于所提出的转换器的元件在比较的转换器中是最少的，因此可靠性更高，成本更低。因此，所提出的转换器适用于高阶跃，高功率的应用，如光伏系统。控制策略采用dsPIC30F4011芯片控制变换器，如图5所示。光伏组件和电池组为主要输入电源，可视为变换器的等效电压源，并参考MPPT算法。充放电控制器的电池管理系统(BMS)并不是本文的重点;因此，本文没有进行相关设计。

设计与实验结果
对所提出的输入电压为40v，输出电压为380v，最大输出功率为1kw的高阶跃变换器样机进行了测试。开关频率为40khz，对应的元件参数如表II所示，以供参考。本文转换器的设计考虑包括元件选择和耦合电感设计，均基于上一节的分析。在所提出的转换器中，耦合电感的主泄漏电感的值设置得尽可能接近电流共享性能。由于具有较高的升压增益，对于输入电压为40v，输出电压为380v的原型电路，可以将匝数比n设为1，从而降低绕组的成本、体积和传导损失。这样可以降低对效率影响较大的铜电阻。
图6(a)给出了Po = 1 kW时Vgs1、Vgs2、iLK1、iLK2、Vds1、Vds2和ils的实测波形。在图6中，开关电压为90v，比输出电压380v小得多。图6(b)给出了在Po = 1 kW时，Vgs1、Vgs2、iD1、iD2、iD3、iD4的实测波形。实测波形与稳态分析结果一致。
图6(b)给出了在Po = 1 kW时，Vgs1、Vgs2、iD1、iD2、iD3、iD4的实测波形。实测波形与稳态分析结果一致。
图7给出了各电容器电压的仿真和实验结果，以说明高压存储和理论分析。Vc1等于Vcb加升压变换器输出电压，Vcb等于升压变换器输出电压。因此，Vc1是Vcb的两倍。Vc2 = Vc3，两者都接近Vcb，因为匝数比n设为1。
图8显示了Po = 1 kW时耦合电感的输入电流纹波iin和电流silk1和iLK2。峰峰间电流纹波约为2 A(6%)，这证实了即使在大功率运行时，输入电流纹波也非常低。
图9:所提出的转换器的测量效率。在Po = 400 W时，效率最高可达96.8%。在最大输出功率下，转换效率约为96.1%。

结论
本文介绍了一种新型变换器的拓扑原理、稳态分析和实验结果。该变换器通过电压倍增器模块和电压箝位特性，成功实现了高效的高阶跃转换，且没有极端占空比和若干匝比。交错PWM方案减少了通过每个电源开关的电流，并将输入电流纹波约束约6%。实验结果表明，漏电能通过电容Cb循环到输出端。同时，电源开关上的电压应力受到限制，远低于输出电压(380v)，可以选择这些开关，传导到低额定电压和低导通电阻MOSFET。此外，在Po = 1000 W时，满载效率为96.1%，在Po = 400 W时效率最高为96.8%。因此，所提出的转换器适用于光伏系统或其他需要高阶高功率能量转换的可再生能源应用。

数字一览


图1 图2 图3 图4 图5
图1 图2 图3 图4 图5
图1 图2 图3 图4 图5
图6 图7 图8 图9 图10

参考文献







全球科技峰会