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1、摘要摘要小功率光伏或燃料电池发电系统，因为电池电压很低，通常需要电压增益高达 10 倍以上的直流变换器将其升压后经逆变器输出。经典 Boost 变换器要实现高电压增益需宽占空比导通，然而宽占空比导通、高压输出下二极管反向恢复会造成严重的开关损耗及电磁干扰等问题；高匝比的反激变换器可以实现高电压增益，但在低压输入高压输出的场合原边匝数少，漏感大，需箝位电路限制开关器件电压应力， 能量不能高效地传输。 主要研究内容如下：阐述了Flyback-Boost非隔离型高增益直流变换器工作原理，并在此基础上给出了各个元器件的参数设计，对比传统Boost直流变换器的优缺点，保留了传统 Flyback 变换器器
2、件数目少、电路结构简单的优点，同时又具有电压增益和效率高的特点，确定了基于串联技术直流变换器总体设计方案。分析了直流-直流变换器的动态特性，并对直流变换器进行了建模，然后根据得到的模型设计了合适的PI控制器，减少了动态响应时间，提高了噪声抑制性能，增强了系统的稳态特性。采用边界整定法试凑出满足要求的PID参数，给出了合理合乎指标要求的PID参数。对基于串联技术的直流变换器不同的工作模式进行了仿真调试，测试了在不同条件下的输出电压、电流波形。通过分析仿真结果，验证了该变换器的可行性，实现了高升压比和低纹波输出。关键词：高增益；反激升压；单开关管；低纹波AbstractLow power phot
3、ovoltaic or fuel cell power generation system, because the battery voltage is low, usually need to dc converter voltage gain as much as more than 10 times of its booster after the inverter output.Classic Boost converter to achieve high voltage gain compared to wide conduction, however wide under the
4、 duty ratio conduction, high voltage output diode reverse recovery willcause serious switching loss and emi problem;High turn ratio of the flyback converter can achieve high voltage gain, but in place of low voltage input highvoltage output less the original edge number of turns, the leakage inducta
5、nce of the big, need to clamp circuit limit switch voltage stress, energy of effective transmission.The main contents are as follows: elaborated Flyback-Boost non-isolated DC-DC converter works in high gain.On this basis, the design parameters of various components is calculated.Compared to advantag
6、es and disadvantages of the traditional Boost DC-DC converter, this device preserves the advantagesthe oftraditional Flyback converter device which are less number components ,small and simple circuit structure , but also has a high voltage gain and efficiency.So it determines this DC converter base
7、d on the cascade technology.Analysis of DC converter dynamic characteristic, and DC converter is modeled.It get design PI from controllerthe right model ,which can reduces the dynamic response time, improves noise immunity, and enhances the system Steady characteristic.Boundary setting method is use
8、d to make the meet the requirements of PID parameters, gives the reasonable index requirements of PID parameters.Based on the series of DC converter technology different modes of simulation debugging, output voltage and current waveforms are tested under different conditions. By analyzing the simula
9、tion results, the feasibility of the converter to achieve a high boost ratio and low output ripple.Key words: high gain；Flyback_boost；single_switch；low output rippleI目录目录第1章 绪论11.1 升压变换器的历史背景11.1.1 开发新能源的紧迫性与可再生能源的开发11.1.2 高增益变换器的现状21.1.3 开关单元高增益直流变换器21.1.4 耦合电感高增益直流变换器31.2传统的 Boost 变换器工作原理41.3 Flyb
10、ack电路工作原理61.4 本文的研究内容及意义7第2章 Boost-flyback变换器82.1Boost-flyback变换器拓扑结构与工作过程82.1.1拓补结构及其工作原理82.1.2Boost-flyback拓扑工作过程分析92.2 Boost DC-DC变换器模型112.3 本章小结13第3章 电路参数计算及控制器设计143.1设计要求：143.2.主电路参数设计计算143.2.2 MOS管参数设计143.2.3 滤波电容参数设计153.2.4 电感值计算：163.2.5 Boost电路二极管设计163.3控制器设计163.3.1 控制器的应用背景163.3.2 控制器设计173.
11、3.3 PID参数整定口诀：183.3.4 试凑法求PI参数183.3.5 试凑数据总结：223.3.6 基于边界整定法的经验公式：223.4 本章小结23第4章 主电路的仿真及结果分析244.1 PSIM电力电子仿真软件244.2 仿真输出结果及分析254.2.1 仿真主电路254.2.2 变化的输入电压，输出电压的响应曲线284.2.3负载突加的实验仿真波形294.3 本章总结31第5章 总结与展望325.1 全文总结325.2 后期展望32参考文献33致谢37I第1章 绪论第1章 绪论1.1 升压变换器的历史背景1.1.1 开发新能源的紧迫性与可再生能源的开发升压式DCDC变换器在通信、
12、电子、计算机等领域有着广泛的应用前景，光伏发电领域中光伏组件模块输出电压低，为了将直流母线电压提升到常规电压以用来并网逆变，用的直流变换器必须具备高电压增益的特点，变换器的变换效率与光伏发电系统发电效率息息相关，因此，研究适合用于小功率场合、达到高电压增益、高效率要求的直流变换器成了急待解决的问题。许多学者为了解决这种新能源发电的高增益直流变换器出现的问题，提出了多种解决方案训。研究和实践表明,直接由太阳辐射到地球上的能量非常丰富，分布广泛，可以再生，而且不污染环境，每40秒钟就有相当于210亿桶石油的能量，相当于全球一天所消耗的能源，所以太阳能是国际社会公认的不可再生能源的理想替代源。全球发
13、电业飞速发展，国际能源署预测：2020年，世界光伏发电的量占总发电量的2%；到2040年，占总发电量的20%28%。在中国可再生能源中长期发展规划报告中明确提出：到2010年，太阳能发电总容量达到30万kW，到2020年达到180万kW，到2050年将达到60000万kW。相信随着光伏发电在中国的普及和推广应用，光伏发电系统的优化设计问题越来越受到社会的重视。最为清洁的可再生资源太阳能，具有非常大的优势和丰富的开发利用底蕴。从转换能量的方式，太阳能主要利用在个领域：光热转换(太阳能热力发电、太阳能灶、太阳能热水器、太阳能海水蒸馏器、太阳能清洁能源房等)光电转换(光伏发电系统)和光化学转换（太阳
14、能制氢、制氧等)，其中最为主要的应用形式是利用太阳能光伏发电。近年来，对于利用太阳能来光伏发电技术进行了很深入的研究，所以取得了前所未有的发展，通过太阳能的光伏并网发电成为利用太阳能的主要方式之一。钻研利用光伏并网来发电的技术对延缓能源枯竭、促进生态环境和维持经济的可持续运转与发展具有重大理论和现实意义。一般来说光伏阵列电池的输出电压比较小，必须经过DC-DC 升压电路才能符合后级并网逆变器母线的标准。因为要提高整个系统的效率，必须选有高增益、高效率的特点的前级变换器来实现。图1-1实例原理演示图1.1.2 高增益变换器的现状现广泛采用的升压变换器电路可分为两类：一类是变压器隔离方式，典型电路
15、是Boost 升压电路和Flyback 升压电路；另一类是非隔离的 C 耦合式或开关式电容，Boost 电路的优点是可以是输入电流连续，并且在整个输入电压的正弦周期都可以调制，因此可以获得很高的功率因数，该电路的带你干电流即为输入电流，因而容易调节，同时开关管驱动信号与输出共地，股驱动简单，此外输入电流连续，开关管的电流峰值较小，因此对输入电压变化适应强。但是孰能电感在Boost 升压电路中起着极为关键的作用，一般而言，其电感值越大，匝数越多，阻抗就越大，这样就会容易引起电感饱和，发热量增加，严重威胁产品的寿命。同时受到开关管电压应力、变换效率等因素，限制了电路体积的进一步减小 ，同时分布参数也制约了其效率的提高的限制；后者电路简单,能高效提供直流多路输出必须符合输出多组的要求，转换效率比较高,损失相对较小，比值较小的变压器匝数，输入电压可以很大的范围内波动,仍可有比较稳定的输出,目前已可在85265V交流输入 间.实现无需切换达到非常的稳定输出。输出电压具有较大的纹波,不高的负载调整精度,所以输出功率得到限制,通常应用于150W 以下；在电流连续下的转换变压器(Continuous Current Mode，CCM)模式下工作,有很大的直流分量,易引起磁芯饱和,可以在磁路中加入气隙来解
