论文题目：基于开关电容的高增益DC-DC变换技术研究
摘要：近年来,为了解决化石燃料的枯竭,环境污染等问题,光伏发电成为研究的热门领域。光伏发电在本质上具有高度间歇性,其取决于天气状况,输出电压低且可变（大约25–50 V）,由此,高电压增益DC-DC变换器能够将其转换为与负载或电网要求兼容的直流母线电压水平（380 V）。本课题研究了基于开关电容的高增益DC-DC变换技术,提出一种基于耦合电感的高升压开关电容DC-DC变换器。为满足高升压需求,本文提出一种新型基于耦合电感的高升压开关电容DC-DC变换器。所提出拓扑结构优化改进了传统开关电容储能结构,解决传统开关电容储能结构开关电容上电压不足的问题。随后,对所优化开关电容储能结构工作特性进行分析,并通过仿真验证其有效性。此外,为进一步提升了电压增益,降低开关器件应力,所提出拓扑结构结合耦合电感,构成高升压回路。本文对所提出变换器的工作原理进行分析,并给出参数设计的方法和示例。通过分析所提出变换器运行于电流连续模式和电流断续模式的工作原理,推导出相应模式下的电压增益,求得不同模式间的边界条件。根据技术指标,给出了耦合电感和开关电容等器件的具体设计方法和设计实例,仿真验证了上述理论分析的正确性。为使所提出变换器具有良好动态响应和稳态特性,本文采用状态空间平均法（State Space Averaging,SSA）建立该系统的小信号模型,并推导出开环传递函数。利用系统开环传递Bode图,对剪切频率和相位裕度分析,运用K-factor法对补偿网络进行设计,完成控制器的设计,实现闭环系统的稳定控制,并获得良好的动态响应。本文完成了200 W的原理实验样机设计,在输入电压25-45 V时,额定频率100 k Hz,输出恒定380 V直流电,输出电压纹波小于5%。在额定工况时,效率达到90%以上,并保证闭环系统的稳定性和良好的动态响应,实验结果与理论分析、仿真结果一致,验证了上述分析的正确性。
关键词：DC-DC变换器;高电压增益;开关电容;耦合电感;Boost
学科专业：电气工程（专业学位）
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 传统开关电容DC-DC变换器研究现状
1.2.2 基于谐振电感和开关电容的DC-DC变换器研究现状
1.2.3 基于耦合电感和开关电容的DC-DC变换器研究现状
1.3 主要研究内容
第2章 高升压拓扑结构研究
2.1 引言
2.2 拓扑的提出
2.3 开关电容储能结构研究
2.3.1 基本开关电容储能单元结构
2.3.2 开关电容储能结构优化与改进
2.4 开关电容储能优化结构工作特性
2.4.1 基本工作原理
2.4.2 升压特性对比分析
2.4.3 基于PSIM的仿真验证
2.5 耦合绕组结构研究
2.6 本章小结
第3章 变换器工作原理及参数设计方法
3.1 引言
3.2 工作模态分析
3.2.1 电流连续模式
3.2.2 电流断续模式
3.3 电气特性分析
3.3.1 电压增益特性
3.3.2 运行边界条件
3.3.3 器件应力分析
3.4 系统参数设计方法
3.5 仿真验证
3.6 本章小结
第4章 系统建模与闭环控制策略研究
4.1 引言
4.2 状态空间平均法建模
4.3 电压闭环补偿器设计
4.4 系统电压闭环结果验证
4.5 本章小结
第5章 实验样机验证
5.1 样机整体结构设计
5.2 实验结果与效率测试
5.3 本章小结
结论
参考文献
致谢