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一种消除漏感问题的正激式DC-DC变换器
Forward-Based DC-DC Converter With Eliminated Leakage Inductance Problem
| 作者 | Oleksandr Matiushkin · Oleksandr Husev · Hossein Afshari · Enrique Romero-Cadaval · Carlos Roncero-Clemente |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年8月 |
| 技术分类 | 光伏发电技术 |
| 技术标签 | DC-DC变换器 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 低功率太阳能应用 正激式直流-直流转换器 拓扑结构 最大功率点跟踪 效率 |
语言:
中文摘要
本文提出了一种适用于低功率太阳能应用的新型正激式变换器。所提出的变换器在宽输入电压范围内具有高效性能,且所需元件数量较少。所提出的直流 - 直流拓扑结构是带有额外钳位输出电容的改进型正激式直流 - 直流变换器。此类变换器的设计理念是将变压器的励磁能量转移到输出端,而非采用输入钳位电路。为实现这一特性,考虑了两种可能的拓扑结构。文中讨论了所提方案中无源元件的设计准则。由于输入功率水平不同,该变换器可工作在连续导通模式和不连续导通模式。对所提出的拓扑结构进行了比较和讨论。给出了所提出的基于正激式的直流 - 直流变换器的实验样机以及直流并网系统的实验结果。选取了商用光伏面板的参数,以验证基于扰动观察算法的最大功率点跟踪。对所提方案的效率进行了研究和讨论。
English Abstract
The novel forward-based converter for low-power solar applications is presented in this work. The proposed converter provides an efficient performance in a wide range of the input voltage with low component count. The proposed dc-dc topologies are advanced forward dc-dc converters with an additional clamped output capacitor. The idea of such a type of converter is to transfer magnetizing energy of transformer to the output side, instead of using an input clamp circuit. Two possible topologies are considered to cover this feature. The design guidelines of the passive component of the proposed solutions are discussed. The converter may work in continuous conduction mode and discontinuous conduction mode due to different levels of the input power. A comparison between proposed topologies is made and discussed. Experimental prototype of the proposed forward-based dc-dc converter along with experimental results of the dc grid connection system are presented. The parameters of commercial photovoltaic panels have been chosen to validate the maximum power point tracking based on Perturb and Observe algorithm. The efficiency of the proposed solution is studied and discussed.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这篇论文提出的改进型正激DC-DC变换器技术具有重要的参考价值。该技术通过创新的磁化能量传输机制,消除了传统正激变换器中漏感带来的电压尖峰问题,这对我们在光伏逆变器和储能系统中的DC-DC变换环节具有直接的应用意义。
技术优势方面,该方案通过附加钳位输出电容将变压器磁化能量传递至输出侧,省去了输入侧钳位电路,实现了元器件数量的精简和宽输入电压范围下的高效运行。这与阳光电源追求高功率密度、高可靠性的产品理念高度契合。特别是其支持连续/断续导通模式的自适应特性,能够适应光伏发电固有的功率波动,配合P&O算法实现的MPPT功能验证了其在实际光伏应用中的可行性。
从应用前景评估,该技术目前定位于小功率光伏应用场景,这与我们在户用光伏系统、小型储能单元等产品线存在契合点。然而,阳光电源的核心竞争力在于中大功率产品,该技术若要在我们的主流产品中应用,需要解决功率等级扩展的挑战。具体而言,变压器设计、磁性元件的损耗控制以及高功率下的热管理都需要深入研究。
技术机遇在于,漏感问题的有效抑制可提升系统可靠性,降低EMI滤波成本,这对提升我们产品的市场竞争力有积极作用。建议我们的研发团队关注该技术的功率扩展可能性,并评估其在模块化储能系统DC-DC变换单元中的应用潜力,特别是在追求高集成度和低成本的应用场景中进行技术验证。