直流微网技术是智能电网的研究热点之一,微网元素的多样性和不稳定性对接口电路的设计提出了新需求,大大推动了电力电子技术的发展。例如应用于光伏、燃料电池和蓄电池的DC/DC变流器常具有高增益、高效率,输入电流纹波小等特点。耦合电感是一种该应用场合较常见的解决方案。它具有易于调节电压、集成度高、结构多样化等特点,非常适用于构造高性能、高增益的DC/DC拓扑。耦合电感固有的漏感给拓扑设计带来挑战,同时由于其构造灵活,拓扑复杂多变,给拓扑的分析、设计、建模和控制带来困难。本文以耦合电感为研究主线,深入探讨和总结了高增益单、双向DC/DC拓扑的构造技术,并在此基础上研究了适用于PWM型耦合电感DC/DC开关电源的建模方法,主要创新点及研究成果总结如下。1.深入分析了基于耦合电感的各种高增益拓扑技术,并在此基础上总结了利用耦合电感构造高增益DC/DC拓扑的一般性方法。根据所提出的拓扑构造思路,推演出了一族新型的具有软开关性能的单开关、高增益、高效率的DC/DC拓扑。采用状态平面分析法(State Plane Analysis)实现了二阶无损软开关电路的精确计算,并通过实验论证了该拓扑的各项性能。2.提出了基于耦合电感构造双向高增益DC/DC拓扑的解决方案。以较少的器件数量实现了软开关缓冲电路的双向工作。所提出的新型高增益双向DC/DC拓扑具有增益高、器件少、控制简单、具备软开关性能等特点,通过实验验证了该电路的性能。3.深入研究了PWM型DC/DC变流器的小信号建模,特别是含有耦合电感的高增益拓扑的动态建模问题。提出将电路中的非线性支路封装成一个适用于PWM型变流器的通用建模组件——TIS (Tapped inductor switcher)。通过设定可变参数,用TIS组件统一表示了耦合电感、普通电感、反激变压器等常见感性元件,揭示了不同感性元件的内在本质联系。利用TIS组件将拓扑解构为通用非线性组件与线性网络的形式,大大简化了该类拓扑的建模过程。通过对多个拓扑的建模,验证了所提出的通用TIS-SFG建模法的正确性、便捷性与广泛适用性。4.针对复杂型耦合电感DC/DC拓扑的建模,以TIS-SFG通用建模法为基础,重点研究了含有开关电容单元的混合型拓扑和含有多个感性元件的Sepic型拓扑的建模方法。通过拓扑的解构和分析,成功地将非线性开关电容单元的小信号模型转化为通用建模组件(TIS)加线性网络的形式。同时将含有双感性元件的Sepic型拓扑的小信号模型分解为两个TIS组件的叠加。通过这些案例,进一步证明了通用TIS-SFG建模法的广泛适用性和可拓展性。5.搭建了以DSP为控制核心的双向DC/DC闭环控制平台。在上述建模的基础上,实现了所提出的新型高增益DC/DC拓扑——TI-CP-Sepic的小信号建模,并通过仿真与实验初步完成了稳压控制器的设计及实验,为未来的研究打下了基础。本文针对耦合电感DC/DC拓扑构造复杂、建模困难这一问题,研究并总结了该类拓扑构造的一般性方法,在此基础上推演得到了新型的单、双向拓扑,并创新性地提出了适用于PWM型DC/DC变流器的通用建模法TIS-SFG。通过大量实例验证了该建模法的便捷性、正确性及广泛适用性,对科研、教学和工程应用均有参考价值。