一种基于内置变压器、采用软开关技术且元件极少的反相升压型DC-DC转换器

《Scientific Reports》：A soft-switched, trans-inverse step-up DC-DC converter with minimal components based on built-in transformer

　　

摘要

针对可再生能源系统，本文提出了一种新型单开关、高增益的DC-DC转换器，该转换器具有较少的组件数量以及较低的输入电流纹波。所提出的电路结构将零直流磁化电流的三绕组内置变压器与电压倍增器相结合，无需较大的占空比即可实现较高的电压转换比。其实转反配置通过将三绕组内置变压器的有效次级匝数比趋近于零，从而实现更高的增益。这种设计突破了传统耦合电感结构的局限，且可通过调节匝数比来提升设计灵活性。此外，该设计还配备了再生箝位电容，用以限制开关的电压应力。这一结构具有三大优势：（1）可降低功率开关的电压应力，并使其工作在零电流开关状态；（2）利用三绕组内置变压器的漏感来实现软开关效果，同时减少二极管的反向恢复效应；（3）利用这些漏感构成谐振回路，进而降低开关损耗。这些特性共同提升了电路的整体转换效率。文中从理论上分析了该转换器的工作原理及稳态性能。由于具备实转反特性，该转换器相比同类产品能够实现更高的电压增益和更低的开关电压应力，同时还能以更少的组件数量保持可接受的二极管最大电压应力水平。通过与现有电路结构的比较验证，这一结论得到了支持。实验上，使用200瓦、25伏至400伏的原型机对理论结果进行了验证，实验结果证实了该转换器出色的性能表现。