耦合电感式新型交错Boost软开关变换器研究.docxVIP

DOI:10．13382/j．jemi．2014．12．006软开关变换器研究*耦合电感式新型交错Boost刘帅韦莉张逸成姚勇涛(同济大学电子与信息工程学院上海201804)摘要:提出一种新型的耦合电感式交错并联Boost软开关变换器的拓扑结构，并对相应控制方法及耦合电感耦合系数进行设计。该变换器利用耦合电感漏感与开关管输出电容之间的谐振，令开关管在占空比大于0．5时实现零电压开通，在占空比小于0．5时实现近似零电流开通，降低了开关损耗;而且没有添加额外器件，不会对变换器功率密度造成影响。详细给出了电路拓扑结构、工作原理及工作过程分析，对表征电路能量传递的有效占空比进行了讨论，对影响软开关效果的耦合电感耦合系数进行了分析与设计，最后在SIMetrix环境下进行仿真，并搭建了250W原理样机，仿真与试验结果验证了理论分析的正确性。关键词:交错并联;Boost变换器;软开关;耦合电感;耦合系数中图分类号:TM46;TN751．2文献标识码:A国家标准学科分类代码:470．40Ｒesearchonnovelsoft-switchedinterleavedBoostconverterwithcoupledinductorLiuShuaiWeiLiZhangYichengYaoYongtao(CollegeofElectronicsandInformationEngineering，TongjiUniversity，Shanghai201804，China)Abstract:Thispaperproposesanovelsoft-switchedinterleavedBoostconverterwithcoupledinductors，aswellascontrolmethodsindifferentoperationsanddetaildesignofcouplingcoefficient．Bytheresonancebetweenleakageinductanceofcoupledinductorsandoutputcapacitanceofswitches，thezerovoltageturn-on(whenthedutycycleislargerthan0．5)andapproximatezerocurrentturn-on(whenthedutycycleislessthan0．5)ofswitchescanbeachieved，whichisgoodforswitchinglossdecrease．Furthermore，thepowerdensitywillnotbeimpactednegative-lybecauseofnoextradevices．Thecircuitconfiguration，operatingprincipleandoperationanalysisarepresented．Theefficientdutycycleandcouplingcoefficientofthecoupledinductorsareanalyzedanddesigned．Finally，asimulationiscarriedoutwithSIMetrix，whileaprototyperatedat250Wisestablishedinthelab，andthesimula-tionandexperimentalresultsverifythetheoryanalysis．Keywords:interleaved;Boostconverter;soft-switched;coupledinductors;couplingcoefficient功率DC/DC变换器作为燃料电池电动汽车重要组成部分(如图1所示)，目前面临的关键问题是如何提升其功率密度与变换效率，改善电磁兼容性能。在PWMDC/DC变换器中，提高开关频率可以有效减小磁元件的尺寸，从而改善功率密度，但同1引言随着汽车工业的高速发展，与之而来的诸如环境污染、能源短缺等问题日益严重。而由于具有节能环保、低噪声、零排放等显著优势，燃料电池电动汽车已经成为越来越多研究者关注的焦点［1-2］。大收稿日期:2014-04ＲeceivedDate:2014-04*基金项目:国家863计划(2011AA11A265，2011AA11A233)资助项目第12期耦合电感式新型交错Boost软开关变换器研究·1341·时也会引起开关损耗、开关应力以及电磁干扰的增加［3］。针对这一情况，国内外研究者将多种软开关技术应用到该领域［4-14］。文献［4］提出一种无源软开关变换器，额外添加一个辅助电感，令交错并联变换器可以零电压开通，但缺陷在于占空比范围受限。在此基础上，文献［5］改进了控制策