【摘 要】
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在光伏和燃料电池等新能源系统中,Boost变换器具有重要的应用价值。但传统的Boost升压变换器中,施加在MOSFET两端的驱动信号使得开关和二极管在输入电感和输出电容之间交替导通。因此其输出端等效存在一个LC滤波器,导致Boost变换器控制到输出的传递函数中存在一个右半平面零点,这会降低变换器的动态响应速度。此外,升压转换器的输入电流纹波与输入电感值成反比,这意味着想要实现较低的输入电流波纹必须
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在光伏和燃料电池等新能源系统中,Boost变换器具有重要的应用价值。但传统的Boost升压变换器中,施加在MOSFET两端的驱动信号使得开关和二极管在输入电感和输出电容之间交替导通。因此其输出端等效存在一个LC滤波器,导致Boost变换器控制到输出的传递函数中存在一个右半平面零点,这会降低变换器的动态响应速度。此外,升压转换器的输入电流纹波与输入电感值成反比,这意味着想要实现较低的输入电流波纹必须加大输入电感值。但较大的电感值会增加转换器的总重量,降低系统的功率密度。电流纹波会降低转换器的效率,并降低输入电源的质量。这些缺点会造成较严重的危害,特别是在大电流场合下的应用。因此,研究一种能够消除右半平面零点并具有较高输入电流稳定性的拓扑或方法具有较高的实际价值。为解决上述问题,本文根据传统的Boost升压变换器和正激变换器的电路结构并结合纹波消除网络,提出了一种可以应用于燃料电池或光伏系统的新型拓扑,磁集成Boost-forward变换器。该变换器在实现右半平面零点消除和输入电流纹波抵消的同时,引入了磁集成技术将三个耦合电感通过特定形式绕制在同一个磁芯上,减小了变换器体积和重量,提高了功率密度。针对右半平面零点问题,采用耦合电感的方式将Boost变换器和正激变换器相结合,使得相比于传统的升压型变换器,所提出的拓扑在开关管导通的时候输入电源能够通过辅助电感向负载侧传递能量,从而消除右半平面零点的影响,提高系统的带宽和输出电压的动态响应速度。为解决辅助电感带来的输入电流纹波增大问题,在前述电路基础上增加了一个由电感和电容串联组成的纹波抵消支路。通过此电感与输入电感和辅助电感的耦合,来抵消输入电感上电流的变化量,使得输入电流保持稳定。变换器可以实现较低的输入电流纹波,从而降低对电源系统的影响。磁集成模块包含一个输入电感、一个辅助电感和一个纹波消除电感.三个电感耦合至同一磁芯中以实现磁集成的目的,可以降低系统的体积和重量,提高功率密度。最后,搭建了一个输入60 V输出100 V功率250 W的样机来进行验证。仿真和实验结果表明所提出的拓扑实现了右半平面零点的消除和较低的输入电流纹波,而且磁集成技术减轻了变换器的体积和重量,提高了功率密度。
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