胡建平，李培強（.湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南衡陽 4200；2.湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，長沙 40082）

1 有源浮充結(jié)構(gòu)

普通變換器（以Buck、Boost變換器為例）由于變壓幅度受限制，如果能在普通變換器中增加一個能控制電壓的浮充平臺對輸入或輸出電壓進行控制。這將大大提高變換器實現(xiàn)大變比電壓轉(zhuǎn)換的能力。圖1為目前3種有源浮充結(jié)構(gòu)的電路圖［6-7］，圖中的元件包括：儲存電路電能的電壓源電容Cf、高頻有源開關(guān)Sf、非線性電感Lf和續(xù)流二極管VDf。浮充電路的功能就是利用電壓源電容Cf將原電路中多余電源能量先行存儲，再利用高頻開關(guān)將電壓源電容Cf中存儲的能量通過Lf釋放給負載。

圖1 有源浮充平臺電路

2 帶有源浮充結(jié)構(gòu)的變換器

2.1 結(jié)構(gòu)

根據(jù)變換器的工作原理，將圖1中所示電路與普通變換器的電路相結(jié)合，優(yōu)化電路后可得到帶有源浮充結(jié)構(gòu)的變換器原理圖，如圖2所示。

由于圖中所示的3種結(jié)構(gòu)電路中所使用了完全相等的的元件，電路結(jié)構(gòu)的相似性使得3種電路的電壓增益也相同，都為M=D1D2（D1,D2分別為有源開關(guān)S1、Sf的穩(wěn)態(tài)占空比）。所以本文只對其中一種結(jié)構(gòu)即結(jié)構(gòu)1進行重點研究。

圖2 帶有源浮充結(jié)構(gòu)的調(diào)壓變換器電路

2.2 原理

變換后的電路中用整流開關(guān)SR1和SR2代替了有源浮充電路中的續(xù)流二極管VD，假設(shè)電路的原始狀態(tài)為持續(xù)導(dǎo)通；此時電路處于穩(wěn)態(tài)，浮充電容Cf上電壓穩(wěn)定；開關(guān)S1和Sf采用移相方式控制，電路的點空比≤0.45；通過控制開關(guān)量S1、SR2、Sf、SR1的開斷，在一個開關(guān)周期內(nèi)可以得到3種工作狀態(tài)，具體見圖3。

圖3 變換器電路工作狀態(tài)

由于電路在穩(wěn)態(tài)工作下工作，電感Lo、Lf兩端的正伏秒值等于負伏秒值。電容Co、Cf兩端的正安秒值等于負安秒值。［8］所以有

圖4 有源浮充變換器四相交錯并聯(lián)電路

3 試驗驗證

為了驗證新型變換器電路設(shè)計的有效性，應(yīng)用電路試驗軟件Saber將新型變換器（見圖4）與基本型變換器在相同參數(shù)下進行對比驗證，具體參數(shù)如下：Vs=12 V，Vo=1.2 V，Lo=Lf=0.48 μH，fs=250 kHz，Cf=68 μF，Co=820 μF ，io=50 A 。

圖5為兩種變換器的電壓應(yīng)力波形圖。從圖形中可以看出，新型變換器中電源開關(guān)、電流開關(guān)應(yīng)力峰值都只有6 V，而普通變換器為12 V。所以新開變換器的開關(guān)電壓明顯減少，功率損耗也減少，這將有益于電路中開關(guān)管的選配（電壓等級越底越好），從而提高了變換器的工作效率，降低了生產(chǎn)成本。圖6為兩種變換器中電感、電容電流紋波對比圖。從圖中波形可以看出，新型變換器的電流波形與普通型相比只有其一半左右。因些新型變換器的低輸出電流紋波能有效減小開關(guān)和電感損耗（由于降低了電感電流峰值和有效值RMS的緣故），提高效率。同時，可以減少對輸出濾波電容的數(shù)量要求，有利于減小變換器體積，提高整機功率密度。

圖5 兩種變換器電壓應(yīng)力對比圖

圖6 兩種變換器電感電流、電容電流波形對比圖

4 結(jié)語

綜上所述，針對目前無法實現(xiàn)大變比調(diào)壓、高頻高效的調(diào)壓變換器的實現(xiàn)，本文提出了一種將有源浮充結(jié)構(gòu)加入到現(xiàn)有的調(diào)壓變換電路之中，提出了一種新型調(diào)壓變換器，通過對新型變換器的電路實驗驗證。證明了電路設(shè)計的有效性和合理性。對高頻高效大變比調(diào)壓變換器的設(shè)計提供了新思路和新方法。

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胡建平（1982-），男，漢族，湖南衡陽人，湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，研究生，主要研究方向為電子、電器負荷功率研究，944264426@qq.com；

李培強（1975-），男，漢族，湖南長沙人，湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，副教授，主要研究方向為電力系統(tǒng)功率分析與建模，12566477@qq.com。