关键字 |
| Cockcroft-Walton (CW)电压倍增器。 |
介绍 |
| 一般来说，为了获得高直流输出电压，我们使用电压倍增器、dc - ac - dc逆变器和升压变压器，由于使用变压器的尺寸、成本和输出电压和电流的高波动。科克罗夫特-沃尔顿(CW)发电机，或倍增器，这是一个电子电路，它从低电平输入电压交流或脉冲直流产生高直流电压。今天，Cockcroft-Walton (CW)电路仍被用于粒子加速器，以及许多需要高电压的电子设备中。这些应用包括x光机、电视和复印机。它由电容和二极管组成的梯形网络产生高直流电压。这里我们只使用电容器和二极管，这些电压倍增器可以将相对低的电压提升到极高的电压，同时比使用升压变压器更轻，更便宜。这种电路的最大优点是级联每级的电压仅等于半波整流器中峰值输入电压的两倍。它的优点是需要相对低成本的组件和易于绝缘。从任何阶段输出的可能性，像一个多抽头变压器。 |
| 文献综述:光伏并网应用中的非隔离高阶dc/dc变换器综述”，李伟和贺x, IEEE Trans。印第安纳州。电子。，vol. 58, no. 4, pp. 1239–1250, Apr. 2011. |
| 由于并联结构的PV输出电压低，如何实现高阶、低成本、高效率的dc/dc转换是主要考虑的问题。在开关、二极管和电容器上提供低纹波、高电压比和低电压应力的连续输入电流。 |
| 光电模块的级联dc-dc转换器连接”，由g.r. Walker和p.c. Sernia, IEEE Trans。电力电子。，第19卷，no。4，第1130-1139页，2004年7月。 |
| 新型住宅规模的光伏(PV)阵列通常通过一个DC-AC逆变器连接到一系列PV模块，或许多小型DC-AC逆变器将一个或两个模块直接连接到交流电网。 |
提出了电路 |
| 在本文中，提出了由低电平直流电源供电的转换器，如电池、光伏组件或燃料电池。该转换器(Cockcroft-Walton (CW)发电机,或乘法器)由一个电感Ls(提高电感),四个开关(Sm1, Sm2,那么,星际2)评级相同的开关以及电压应力在每个开关一样,和一个n-stage连续波电压倍增器的四个开关分为两组Sm1(那么)和Sm2(星际2)互补的模式运作,他们两个不同频率的Sm1,那么以下操作定义为fsm和fsc,分别。为方便起见，将fsm记为调制频率，fsc记为交变频率。fsm和fsc频率都应该尽可能高，这样我们就可以在这个电路中使用更小的电感和电容。本文将fsm (=60 kHz)设置远高于fsc (=1 kHz)，通过Sm1和Sm2的占空比控制输出电压，而fsc可调节输出电压纹波。如图1所示，众所周知的连续波电压倍增器由级联级联构成，每个级联级联包含六个电容(C1, C2, C3, C4, C5, C6，)和六个二极管(D1, D2, D3, D4, D5, D6，)。在一个N级连续波电压倍增器中，有N (= 2n)个电容器和N个二极管N =3(3级)。 |
OPERATTION |
| 三级Cockcroft-Walton (CW)电压倍增器的工作分为四种工作模式，下面的电路图从图a到图h说明 |
| 模式1: Sm1和Sc1开关接通，Sm2和Sc2开关关闭，所有二极管关闭，如图a所示。升压电感由Vin(可能是燃料电池太阳能电池或其他电源)充电，偶组电容器C6、C4和C2放电并给负载供电，奇组电容器C5、C3和C1不导通。 |
| 模式2:Sm2和Sc1开关闭合，Sm1和Sc2开关闭合，电流iγ为正。升压电感(Ls)和输入Vin直流源串联升压能量通过不同的偶数二极管传输到连续波电压倍增器，模式2-A，二极管D6导电;偶群电容器C6、C4和C2被充电，奇群电容器C5、C3和C1被iγ放电。如图(c)所示，模式2-B，二极管D4导电。因此，C4和C2被充电，C3和C1由iγ放电，C6提供负载电流，C5为浮动电流。如图(d)所示，2-C模式，二极管D2导电。因此，C2带电，C1由iγ放电，C6和C4提供负载电流，C5和C3不导通。 |
| 模式3如图(e)所示，开关打开，Sm1、Sc1和所有CW二极管关闭。升压电感Ls由Vin直流电源充电，偶组电容器C6、C4和C2提供负载电流，奇组电容器C5、C3和C1不导通。 |
| 模式4:Sm1、Sc2开关闭合，Sm2、Sc1开关关闭，电流iγ为负。升压电感Ls和输入Vin直流源串联，升压电压为“-Vγ”，通过奇数二极管将能量传递到连续波电压倍增器，模式4-A，如图(f)所示，二极管D5导电。因此，除C6提供负载电流外，偶数组电容器被放电，奇组电容器C5、C3和C1由iγ充电。mode- 4-B, D3导电。因此，C2放电，C3和C1由iγ充电，C6和C4提供负载电流，C5不导通。如图(g)， mode-4-C, D1导电。因此，C1由iγ充电，所有偶数电容器提供负载电流，C5和C3不导通如图(h)所示。 |
| 仿真电路中使用的元器件的数值和额定值如表1所示 |
仿真与结果 |
| 本章给出了三级Cock-craft Walton (CW)电压倍增器闭环分析的仿真结果。 |
| 图4为Sc1、Sc2、Sm1、Sm2的门脉冲。当Sc1打开(1KHZ) Sc2关闭，sm1工作在60KHZ。类似地，当Sc2(1KHZ)在Sc1上时，Sm2在60KHZ下运行。 |
| 图5显示了每个电容器的电压。电容C1上的电压小于剩余电容电压的一半。当奇数电容器(C1,C3,C5)充电时，偶数电容器(C2,C4,C6)放电。同样，当偶数电容器(C1,C3,C5)放电时，奇数电容器(C2,C4,C6)充电。如图(图5)所示。所有电容器的电压几乎相同(C1除外)。我们可以选择相同额定值的所有电容器。 |
| 这些是三级Cockcroft-Walton (CW)电压倍增器的模拟结果。连续波发电机输入电压为48V，输出电压为450V，输出电流为0.45Amp，输出功率为200W。输出电压范围可以通过增加级数来增加，对于每个级，我们必须连接两个更多的电容器和两个更多的二极管。 |
结论 |
| 本文提出了一种基于cock - croft- walton (CW)电压倍增器的高阶跃dc-dc变换器，无需变压器即可获得高电压增益。由于增加级联级数不会影响有源开关、二极管和电容器上的电压应力，因此可以选择具有相同额定电压的功率元件。控制策略采用两个独立的频率，一个工作在高频，以最小化电感的尺寸(Ls)，而另一个工作在相对低频，根据所需的输出电压纹波。最后，仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提出的变换器的可行性。在未来我们可以增加n级的数量，高直流输出电压可以转换为交流电压。 |
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| 表1 |
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参考文献 |
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- f . Blaabjerg Z。陈，S. B. Kjaer，“电力电子在分散发电系统中的高效z接口”，IEEE Trans。PowerElectron。，vol. 19, no. 5, pp. 1184–1194, Sep. 2004.
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- 王俊杰，彭富忠，J. Anderson, A. Joseph，和R. Buffenbarger，“低成本燃料电池转换系统的住宅发电，”IEEE传输。电力电子。，第19卷，no。5, pp. 1315-1322, 2004年9月。
- 李伟，何欣，“非隔离高阶跃dc/dc变换器在光伏并网应用中的评述”，电子工程学报。Ind.Electron。，vol. 58, no. 4, pp. 1239–1250, Apr. 2011.
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- G.R.Walker和p.c. Sarnia，“光伏模块级联dc-dc变换器连接”，IEEE Trans。电力电子。，第19卷，no。4页。2004年7月，1130-1139。
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