【正文】 、過流和短路保護、輸入反極性保護以及輸入欠壓保護 。只是簡單的進行了對其可靠性的分析，設計可靠性的理論驗證，下面會進行具體的參數(shù)設計和具體的仿真研究。重點分析 Boost_Flyback電力變換器的工作過 程中的各個工作模式下的能量流向，對變換器的工作狀態(tài)有很好的理解。 13 本章小結(jié) 本章介紹了 Boost_Flyback 電力變換器的工作原理，分析了此電力變換器在系統(tǒng)中的功能作用。 ()gVt代表輸入電壓 。 Ts 代表開關周期 。用狀態(tài)空間平均模型來描述同步 DCDC Boost 變換器 ，有： )()()( )()( ttVtd tditv gLo ???? (21) Rtvtidt tdvC oLo )()()( ?? (22) 其中 L 為電感感值， C 為電容容值， R 為負載電阻， )(tVg 輸入電壓， ??tiL 電感電流， ??tvo輸出電壓， )(t? 為占空比。 因為每一個開關周期都是非常短暫的 , 所以我們在一個開關周期內(nèi)用空間狀態(tài)平均法來綜合兩個階段的方程 , 可得到一個有關輸出電壓和開關頻率的非線性狀態(tài)方程。由采用耦合電感，一個集成的升壓，反激轉(zhuǎn)換器與高電壓增益，提出了高效率、高電壓升壓轉(zhuǎn)換器的增益，其中的操作類似于其對應與的有源 鉗位電路，只有一個二極管代替活躍的電源開關。以恒定頻率以及控制穩(wěn)態(tài)分析策略在可變頻率模式的變形回掃變換器。此模型是用于電壓的設計和分析有用和電流回路和用于輸入和輸出阻抗該轉(zhuǎn)換器平均電流控制。一個平均電路模型可以表示的寄生電阻效應升壓轉(zhuǎn)換器 。當開關控制關閉，開關管導通提供回路共電感放電。如圖216[t2,t3]。到這一階段， 電路完成一個工作周期。如圖 215 [t1,t2]。如圖 [t0,t1]。在此階段，反激電感的電流持續(xù)上升直至 t1時升到峰值，存儲的能量增加到最大值，同時次級二極管被放置在反激式變換器 D1偏置反向， Boost的續(xù)流二極管 D2關斷。和連續(xù)模式對照，功率開關管的關斷電流比連續(xù)模式電流大出多倍，關斷變換器的損耗增加，同時漏感引起功率損耗也會加大。斷續(xù)模式的下一級電流維持時間短于開關管的截止時間。臨界的連續(xù)是特例的連續(xù)。臨界連 續(xù)的電流決定電感值。下面具體對四個模態(tài)進行分析，從而進一步了解其工作的具體過程和原理。理想假設如下： (1)變換器以工作在穩(wěn)定狀態(tài)； (2)濾波電感足夠大，以保證在功率開關的一個周期中，其電流基本不變； (3)電路中所有元器件均為理想器件。 DCM 模式下工作的變換器，開環(huán)模 式也可以控制輸出的功率，除此以外，開關管共地驅(qū)動，所以驅(qū)動、控制十分簡單。 Boost— flyback 采用串聯(lián)結(jié)構的變換器輸出端，提升了輸出的電壓其增益，變換器采用兩路并聯(lián)輸入輸出串聯(lián)的方案，更大的提高了變換器其電壓的增益，同時減弱了器件的應力、減弱了輸出輸入電流或電壓的紋波，對于具有反激電路的變換器，一樣的關開管電流應力，得以實現(xiàn)更高的功率輸出。采用輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)結(jié)構可以進一步提高輸出電壓增益，同時減小輸出電容的電壓應力，減小輸入輸出電壓或電流紋波，且有利于減小每個變壓器的功率等級 ，改善器件電壓應力。 Boost 與 Flyback 變換器輸入級具有相同的結(jié)構，將兩個變換器的輸入級共用、輸出級串聯(lián)則構成了 BFC，中 Lp、 Ls 和 Lk分別為變壓器的激磁電感和漏感， NP 和 NS分別為變壓器原副邊繞組，且 NS:NP=n。引入耦合電感 、 Boost、 Boost 組合變換等可以實現(xiàn)利用變壓器漏感能量，并實現(xiàn)開關管關斷電壓降低， 但拓撲和控制變得復雜。 第五章對全文進行了總結(jié)，并針對研究過程中存在的問題提出了工作展望。 第三章對 Boostflyback變換器控制和主電路參數(shù)計算。為了獲得高增益、高效率的直流變換器，本文的主要研究內(nèi)容如下： 第一章介紹了課題的研究背景、研究意義，講述了非隔離型高增益直流變換器的研究現(xiàn)狀、研究熱點與方向。電路具有結(jié)構簡單、開關器件電壓應力減少的 優(yōu)點。引入耦合電感、 Boost、 Boost 組合變換等可以實現(xiàn)利用變壓器漏感能量，并實現(xiàn)開關管關斷電壓降低，針對本設計的參數(shù)要求， Boostflyback 變換器是最合適的變換器。 變壓器有直流電流成份 ,且同時會工作于 CCM/DCM 兩種模式 ,故在設計變壓器時較困難 ,反復調(diào)整次數(shù)較順向式多 ,迭代過程較 繁瑣 。 輸出電壓會有較大的紋波 ,負載調(diào)整精度不高 ,因此輸出功率受到限制 ,通常應用 150W 以下。工作過程：當導通MOS 管時，電源電流通過變壓器的原邊，原邊電流增大，而副邊因二極管 D1 的原因，電流大小為 0，變壓器增加磁心磁感應強度，變壓器儲存能量；當關斷 MOS 管時，原邊電流很快降成 0，在反激作用下副邊電流迅速增加到峰值，隨后線性減小，此時原邊由于關斷開關管，電流為 0，變壓器磁心磁感應強度減小，變壓器放能。 6 Flyback 電路工作原理 Flyback 主要用在 250W 以下的電路中，其中的變壓器既有變壓器的作用，也有電感的作用。電壓增益提高幅度與漏感和激磁電感的比值有關，漏感越大 ,電壓增益也越高，也即 BFC 在克服反激變換器漏感問題的同時，利用變壓器漏感提升了電壓增益，這表明，同樣的原邊開關管電流應力，可以實現(xiàn)更大的輸出功率；漏感還可以限 制二極管電流的變化率，改善變換器電磁兼容特性；另一方面，漏感變大也會導致開關管電壓應力升高，次 Boost 變換器的輸出電壓和傳統(tǒng)的 Boost 變換器輸出電壓是一樣小，因此，可以使用低電壓范圍和低電阻 RDS(ON)的半導體場效應管（ MOSFET），大大降低了傳導損耗。普通的 Boost 電路造成電路很大損耗，嚴重的電磁干擾，可靠性不高，由于開關的頻率持續(xù)升高，此現(xiàn)象會更加突出。關斷期間由于電路電感的作用造成了非常高的尖峰電壓，所以形成關斷 損耗并變成 EMI 源。 經(jīng)典 Boost 變換器要實現(xiàn)高電壓增益需寬占空比導通，然而寬占空比導通、高 壓輸出下二極管反向恢復會造成嚴重的開關損耗及電磁干擾等問題；高匝比的反激變換器可以實現(xiàn)高電壓增益，但在低壓輸入高壓輸出的場合原邊匝數(shù)少，漏感大，需箝位電路限制開關器件電壓應力，能量不能高效地傳輸。但是儲能電感在 Boost 升壓電路中起著極為關鍵的作用，一般而言，其電感值越大，匝數(shù)越多，阻抗就越大，這樣就會容易引起電感飽和，發(fā)熱量增加，嚴重威脅產(chǎn)品的壽命。 傳統(tǒng)的 Boost 變換器工作原理 升壓式變換器，是一種輸出電壓高于輸入電壓的單管 非 隔離直流變換器。 此類變換器具有以下優(yōu)點： (1) 開關管電壓應力較低； (2) 利用箝位回路耦合電感漏感能量可以被無損的轉(zhuǎn)移； (3) 變換器電壓增益可以通過提高耦合電感的匝比 n 進行擴展。 (B): 輸出側(cè)單電容結(jié)構耦合電感高增益直流變換器 輸出側(cè)單電容結(jié)構耦合電感高增益直流變換器，合理的設置耦合電感的匝比 n，可以獲得較大的變換器電壓增益，漏感的能量通過二極管 D1 以及箝位電容 Cc實現(xiàn)無損的轉(zhuǎn)移；在此基礎之上，提出了有源箝位的單電容輸出耦合電感高增益變換器可以實現(xiàn)功率開關管以及箝位開關管的零電壓開關，提高了開關 頻率。輸出側(cè)多電容結(jié)構耦合電感高增益直流變換器具有以下優(yōu)點： (1) 開關管電壓應力較低； (2) 無源箝位回路可以降低開關管電壓應力，抑制電壓尖峰； (3) 變換器電壓增益可以通過提高耦合電感的匝比 n 進行擴展。 圖 (左 )所示為耦合電感采用半波整流形式而衍生出的 Boost反激變換器的拓 4 撲結(jié)構，變換器的輸出電壓為 Boost 電路與反激電路輸出之和，增加耦合電感的匝比n，可以獲得很大的電壓增益。 (A): 輸出側(cè)多電容結(jié)構 耦合電感高增益直流變換器將 Boost 變換器的濾波電感作為耦合電感的原邊繞組，再將副邊繞組整流輸出并與 Boost 輸出電容串聯(lián)，可以得到輸出側(cè)多電容結(jié)構耦合電感高增益直流變換器拓撲族。 CSD 1D 3L 2L 1D 2V iR LC 1D 1LD 2v iD 3C 2R LC 3S (a)開關電感 Boost 變換器 (b)開關電容 Boost 變換器 圖 12 輸出側(cè)多電容串聯(lián)結(jié)構耦合電感高增益直流變換器 耦合電感高增益直流變換器 同樣的，耦合電感的副邊繞組具有電源的性質(zhì)。該變換器有如下優(yōu)點： (1) 電壓應力較低的變換器的功率開關管； (2) 承受較小的反向電壓的輸出側(cè)二極管； (3) 比 Boost 的電壓增益變換器高兩倍； (4) 輸出側(cè)很多電容間具有自均壓的能力。 而此變換器缺點主要體現(xiàn)在： (1)因占空比不能過大的限制，該變換器的電壓增益大部分 情況不高于 10 倍 ； (2)輸出電壓即為功率開關管的電壓應力，這會給開關管帶來非常大的導通電阻，因為具有較大的輸入電流的高增益變換器，開關管會產(chǎn)生很大的導通損耗； 輸出電壓即為輸出端的二極管電壓產(chǎn)生的應力，在硬關斷的條件下，具有較大的第 1 章 緒論 3 反向恢復損耗。 (A): 開關電感 Boost 變換器當開關管 S 開通時，兩個電感 L 并聯(lián)被輸入電源 Vi充電，而當開關管 S 關斷時，兩個電感 L L2 串聯(lián)對負載釋放能量。 開關單元高增益直流變換器 電感、電容作為儲能元件，具有電源的性質(zhì)，將開關管、二極管與儲能元件相組合，構成開關單元，通過控制開關管導通 /關斷狀態(tài)的切換，改變變換器中多個儲能元件間的連接方式，可以達到高電壓增益的效果。同時受到開關管電壓應力 、變換效率等因素，限制了電路體積的進一步減小 ，同時分布參數(shù)也制約了其效率的提高的限制；后者電路簡單 ,能高效提供直流多路輸出必須符合輸出多組的要求，轉(zhuǎn)換效率比較高 ,損失相對較小，比值較小的變壓器匝數(shù)，輸入電壓可以很大的范圍內(nèi)波動 ,仍可有比較穩(wěn)定的輸出 ,目前已可在 85~265V 交流輸入 間 .實現(xiàn)無需切換達到非常的穩(wěn)定輸出。 圖 11 實例原理演示圖 2 高增益變換器的現(xiàn)狀 現(xiàn)廣泛采用的升壓變換器電路可分為兩類：一類是變壓器隔離方式，典型電路是Boost 升壓電路和 Flyback 升壓電路；另一類是非隔離的 C 耦合式或開關式電容， Boost 電路的優(yōu)點是可以是輸入電流連續(xù)，并且在整個輸入電壓的正弦周期都可以調(diào)制，因此可以獲得很高的功率因數(shù)，該電路的帶你干電流即為輸入電流，因而容易調(diào)節(jié)，同時開關管驅(qū)動信號與輸出共地，股驅(qū)動簡單，此外輸入電流連續(xù)，開關管的電流峰值較小，因此對輸入電壓變化適應強。一般來說光伏陣列電池的輸出電壓比較小，必須經(jīng)過DCDC 升壓電路才能符合后級并網(wǎng)逆變器母線的標準。 近年來，對于利用太陽能來光伏發(fā)電技術進行了很深入的研究，所以取得了前所未 有的發(fā)展，通過太陽能的光伏并網(wǎng)發(fā)電成為利用太陽能的主要方式之一。最為清潔的可再生資源太陽能，具有非常大的優(yōu)勢和豐富的開發(fā)利用底蘊。在中國可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃報告中明確提出：到 20xx 年，太陽能發(fā)電總?cè)萘窟_到 30 萬 kW，到 2020 年達到 180 萬kW，到 2050 年將達到 60000 萬 kW。研究和實踐表明 ,直接由太陽輻射到地球上的能量非常豐富，分布廣泛，可以再生，而且不污染環(huán)境，每 40 秒鐘就有相當于 210 億桶石油的能量，相當于全球一天所消耗的能源，所以太陽能是國際社會公認的不可再生能源的理想替代源。High turn ratio of the flyback converter can achieve high voltage gain, but in place of low voltage input highvoltage output less the original edge number of turns, the leakage inductance of the big, need to clamp circuit limit switch voltage stress, energy of effective transmission. The main contents are as follows: elaborated FlybackBoost nonisolated DCDC converter works in high this basis, the design parameters of various ponents is to advantages and disadvantages of the traditional Boost DCDC converter, this device preserves the advantagesthe oftraditional Flyback converter device which are less number ponents ,small and simple circuit structure , but also has a high voltage gain and i