在 EV 和 HEV 中，電壓轉(zhuǎn)換范圍不同，從非常低 （0.8 V） 到非常高 （450 到 800 V）。這激發(fā)了人們對開發(fā)新技術(shù)來生產(chǎn)DC/DC 轉(zhuǎn)換器的興趣，這些轉(zhuǎn)換器不僅高效，為特定應(yīng)用提供精確的價(jià)值，而且還提供更少的功率損耗。對于高電壓增益，使用 LC 諧振回路，其缺點(diǎn)是依賴于負(fù)載并且還會產(chǎn)生無功電流，從而降低效率。2為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，使用匝數(shù)多的變壓器來獲得高電壓增益。3，4大量匝數(shù)會引入大漏電流，導(dǎo)致電壓下降，從而降低轉(zhuǎn)換的電壓增益。盡管可以使用串聯(lián)電容器來補(bǔ)償電壓降，但實(shí)現(xiàn)高電壓增益是一種困難的方法。5，6在本文中，我們將討論具有非常高電壓增益的諧振電感升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。它們具有單個(gè)開關(guān)諧振逆變器，可為變壓器提供高頻交流電壓，以及 Cockcraft-Walton （CW） 乘法器，可對變壓器的輸出進(jìn)行整流并將其升壓至高直流電壓。

轉(zhuǎn)換器電路及工作原理

圖 1顯示了諧振電感升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。它由三部分組成。第一部分稱為諧振逆變器，它由電感器、開關(guān)和電容器組成。第二部分是電感升壓，它有一個(gè)電容器和一個(gè)空芯變壓器。變壓器初級和次級之間的匝數(shù)比為“n”，耦合系數(shù)為“k”。因此，變壓器的可實(shí)現(xiàn)增益由公式n/k 給出。這有助于克服松耦合變壓器的缺點(diǎn)，并允許高電壓增益。1最后一部分包含一個(gè) CW 整流器。它由多個(gè)電容器和二極管組成。這部分將來自變壓器的交流輸出整流和升壓為高直流電壓輸出。

首先，打開單開關(guān)諧振逆變器，產(chǎn)生交流波形，然后通過電感來減少輸入電壓的波動，從而提供連續(xù)的電流源。1在開關(guān) S 導(dǎo)通之前，交流波形達(dá)到 0，使能零電壓開關(guān) （ZVS）。在 ZVS 操作中，在打開開關(guān)之前，并聯(lián)電容器將電壓諧振到 0。然后將此交流電壓提供給空芯變壓器，空芯變壓器放大其幅度。放大的交流電壓然后通過 CW 乘法器，它將放大的交流電壓整流成非常高的直流電壓。通過計(jì)算電感升壓電路元件的正確值，我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)具有非常高且與負(fù)載無關(guān)的電壓增益的轉(zhuǎn)換器。

圖1：諧振電感升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器電路圖

設(shè)計(jì)指標(biāo)

在諧振電感升壓中，最重要的組件是諧振組件。在普通的基于 PWM 的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器中，Lf 等元件和 CW 整流器中的電容器應(yīng)以相同的方式選擇。7建議的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器中的 L1、L2、Cr、Cf 和 k 等諧振組件負(fù)責(zé)兩件事：

開關(guān)的ZVS操作

與負(fù)載無關(guān)的電壓增益

為我們的原型選擇的這些組件的價(jià)值如下：

L1 = 1.1 μH

L2 = 17.6 μH

Cr = 137 nF

Cf = 120 nF

k = 0.59

原型和效率

圖 2顯示了諧振電感升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的原型。規(guī)格為輸入電壓為 9 V，輸出電壓為 800 V， 開關(guān)頻率為 500 kHz，功耗為 45 W。1實(shí)驗(yàn)表明，在 8.57-V 輸入時(shí)，輸出電壓為 753.23 V，即大約是輸入電壓的 87.9 倍。開關(guān)的電壓應(yīng)力為輸出電壓的 4%，約為 30V。低應(yīng)力電壓意味著轉(zhuǎn)換器的效率和成本效益更高。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，在低輸入電壓下，由于CW整流器中的壓降，轉(zhuǎn)換器的效率也較低，但隨著輸入電壓的增加，其效率有增加的趨勢。例如，在 1V 輸入時(shí)，效率約為 75%，隨著輸入電壓的增加，效率會增加到 85%。最大效率在 6.57 V 時(shí)實(shí)現(xiàn)，其中輸出電壓為 560.29 V，效率為 87.9%。1

圖 2：諧振電感升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的原型

分析結(jié)論

諧振電感升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器是一個(gè)復(fù)雜的電路，但提供與負(fù)載無關(guān)的高直流電壓。文章將電壓的高增益可視化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，89% 的效率是可以實(shí)現(xiàn)的。它還表明電壓 89 倍有增益，并且有一個(gè)低輸入電壓，可提高轉(zhuǎn)換器的性能。該技術(shù)和實(shí)驗(yàn)工作表明諧振電感技術(shù)用于不同的應(yīng)用并且需要非常低的輸入。它允許對輸入電壓進(jìn)行兩級升壓，還可以通過提高電流來提高變壓器的性能。主開關(guān)提供完美的ZVS操作，以執(zhí)行整個(gè)電感諧振技術(shù)。它可以用于不同的應(yīng)用，尤其是電動汽車和混合動力汽車，因?yàn)樗鼈冃枰唠娖降碾妷恨D(zhuǎn)換來為發(fā)動機(jī)供電。也可用于電動汽車的充電系統(tǒng)。

審核編輯：郭婷