在電動汽車和混合動力汽車中，電壓轉換范圍從非常低的（0.8 V）到非常高的電壓（450至800 V）不等。這激發了開發新技術來生產DC / DC轉換器的興趣，這些技術不僅高效且可為特定應用提供精確的值，而且功耗也較小。對于高電壓增益，使用LC諧振回路，該回路的缺點是取決于負載，并且還會產生無功電流，從而降低了效率。2為了克服此缺點，使用了匝數多的變壓器來獲得高電壓增益。3,4大量匝數會引入較大的泄漏電流，從而導致電壓下降，從而降低轉換的電壓增益。盡管可以使用串聯電容器來補償電壓降，但這是實現高電壓增益的困難方法。5,6在本文中，我們將討論具有非常高的電壓增益的諧振電感式升壓DC / DC轉換器。它們具有一個單開關諧振逆變器，該逆變器向變壓器提供高頻交流電壓，以及一個Cockcraft-Walton（CW）乘法器，該乘法器對變壓器的輸出進行整流并將其升壓至高直流電壓。

變流器的電路及工作

圖1顯示了諧振電感式升壓DC / DC轉換器的電路圖。它包括三個部分。第一部分稱為諧振逆變器，它由一個電感器，一個開關和一個電容器組成。第二部分是感應升壓，它具有一個電容器和一個空心變壓器。變壓器的初級和次級之間的匝數比為“ n”，耦合系數為“ k”。因此，變壓器可實現的增益由公式n / k給出。這有助于克服變壓器松耦合的缺點，并允許高電壓增益。1個最后一部分包含CW整流器。它由多個電容器和二極管組成。該部分將來自變壓器的交流輸出整流并升壓為高直流電壓輸出。

首先，打開單開關諧振逆變器以產生AC波形，然后通過電感器以減少輸入電壓的波動，以提供連續的電流源。1在開關S接通之前，AC波形達到0，這將啟用零電壓開關（ZVS）。在ZVS操作中，在接通開關之前，電容器會并聯使電壓諧振為0。然后，將此交流電壓提供給空心變壓器，從而放大其幅度。然后，放大的交流電壓通過CW倍增器，它將放大的交流電壓整流為非常高的直流電壓。通過計算正確的電感升壓電路元件值，我們可以設計一個具有非常高且與負載無關的電壓增益的轉換器。

圖1：諧振電感式升壓DC / DC轉換器的電路圖

設計指標

在共振感應升壓中，最重要的成分是共振成分。在基于PWM的常規DC / DC轉換器中，應以相同的方式選擇Lf和CW整流器中的電容器之類的組件。7所提議的DC / DC轉換器中的L1，L2，Cr，Cf和k之類的諧振分量負責兩件事：

• 開關的ZVS操作
• 與負載無關的電壓增益

為我們的原型選擇的這些組件的價值如下：

• L1 = 1.1 μH
• L2 = 17.6 μH
• 鉻= 137 nF
• Cf = 120 nF
• k = 0.59

原型與效率

圖2顯示了諧振電感式升壓DC / DC轉換器的原型。的規格是9伏的輸入電壓和800 V的輸出電壓，以500kHz的開關頻率和45瓦的功率消耗1個實驗已經表明，在8.57-V輸入時，輸出電壓為753.23 V，其中約為輸入電壓的87.9倍。開關的電壓應力為輸出電壓的4％，約為30V。低應力電壓意味著更高效率和成本效益的轉換器。

實驗結果還表明，在低輸入電壓下，由于CW整流器中的壓降，轉換器的效率也很低，但隨著輸入電壓的增加，轉換器的效率趨于增加。例如，在1V輸入下，效率約為75％，隨著輸入電壓的增加，效率提高到85％。在6.57 V時可實現最大效率，其中輸出電壓為560.29 V，效率為87.9％。1個

圖2：諧振電感式升壓DC / DC轉換器的原型

分析與結論

諧振電感式升壓DC / DC轉換器是一個復雜的電路，但提供了與負載無關的高DC電壓。該文章將電壓的高增益可視化，并且實驗結果還表明，可以實現89％的效率。它也表明電壓有89倍的增益，并且有一個低輸入電壓，可以提高轉換器的性能。這項技術和實驗工作表明，諧振感應技術可用于不同的應用，并且需要非常低的輸入。它允許兩步提升輸入電壓，并通過增加電流來提高變壓器的性能。主開關具有完美的ZVS操作，以執行整個電感諧振技術。它可以用于不同的應用，尤其是在電動汽車和混合動力汽車中，因為它們需要高電平的電壓轉換來為發動機提供動力。它也可以用于電動汽車的充電系統。

參考

1香港大學電氣與電子工程系李克瑞，譚秀重和羅樹源慧。

2K. Li，SC Tan和A. Ioinovici，“在整個負載范圍內具有高升壓轉換比和ZVS的直流移相諧波升壓諧振DC / DC轉換器”，Proc。2019 IEEE應用功率電子會議暨展覽會（APEC），美國加利福尼亞州阿納海姆，2019年，第1307–1312頁。

3S. Park，L。Gu和J. Rivas-Davila，“使用多級DE整流器的60 V至35 kV輸入并聯輸出系列DC / DC轉換器”，Proc。2018 IEEE應用功率電子會議暨展覽會（APEC），德克薩斯州圣安東尼奧市，2018年，第2235–2241頁。

4M. Nymand和MAE Andersen，“用于大功率低壓燃料電池應用的高效隔離式升壓DC-DC轉換器”，IEEE Trans Ind。Electron。，第1卷。57號2，第505-514頁，2010年2月。

5X. Sun，Y。Shen，Y。Zhu和X. Guo，“具有固定頻率pwm控制的交錯式Boostintegrated LLC諧振轉換器，可再生能源發電應用”，IEEE Trans。電力電子，卷。30號2015年8月，第8頁，第4312至4326頁。

6Y. Shen，H。Wang，Z。Shen，Y。Yang和F. Blaabjerg，“具有用于光伏微逆變器的雙模整流器的1-MHz串聯諧振DC-DC轉換器”，IEEE Trans。電力電子，卷。34號7，第6544–6564頁，2019年7月。

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