在 EV 和 HEV 中，電壓轉換范圍不同，從非常低 （0.8 V） 到非常高 （450 到 800 V）。這激發了人們對開發新技術來生產DC/DC 轉換器的興趣，這些轉換器不僅高效，為特定應用提供精確的價值，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，其缺點是依賴于負載并且還會產生無功電流，從而降低效率。2為了克服這個缺點，使用匝數多的變壓器來獲得高電壓增益。3，4大量匝數會引入大漏電流，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，但實現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 轉換器。它們具有單個開關諧振逆變器，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行整流并將其升壓至高直流電壓。

轉換器電路及工作原理

圖 1顯示了諧振電感升壓DC/DC轉換器的電路圖。它由三部分組成。第一部分稱為諧振逆變器，它由電感器、開關和電容器組成。第二部分是電感升壓，它有一個電容器和一個空芯變壓器。變壓器初級和次級之間的匝數比為“n”，耦合系數為“k”。因此，變壓器的可實現增益由公式n/k 給出。這有助于克服松耦合變壓器的缺點，并允許高電壓增益。1最后一部分包含一個 CW 整流器。它由多個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，打開單開關諧振逆變器，產生交流波形，然后通過電感來減少輸入電壓的波動，從而提供連續的電流源。1在開關 S 導通之前，交流波形達到 0，使能零電壓開關 （ZVS）。在 ZVS 操作中，在打開開關之前，并聯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。通過計算電感升壓電路元件的正確值，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：諧振電感升壓DC/DC轉換器電路圖

設計指標

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 轉換器中，Lf 等元件和 CW 整流器中的電容器應以相同的方式選擇。7建議的 DC/DC 轉換器中的 L1、L2、Cr、Cf 和 k 等諧振組件負責兩件事：

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

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 轉換器的原型。規格為輸入電壓為 9 V，輸出電壓為 800 V， 開關頻率為 500 kHz，功耗為 45 W。1實驗表明，在 8.57-V 輸入時，輸出電壓為 753.23 V，即大約是輸入電壓的 87.9 倍。開關的電壓應力為輸出電壓的 4%，約為 30V。低應力電壓意味著轉換器的效率和成本效益更高。

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，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 時實現，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 轉換器的原型

分析結論

諧振電感升壓 DC/DC 轉換器是一個復雜的電路，但提供與負載無關的高直流電壓。文章將電壓的高增益可視化，實驗結果還表明，89% 的效率是可以實現的。它還表明電壓 89 倍有增益，并且有一個低輸入電壓，可提高轉換器的性能。該技術和實驗工作表明諧振電感技術用于不同的應用并且需要非常低的輸入。它允許對輸入電壓進行兩級升壓，還可以通過提高電流來提高變壓器的性能。主開關提供完美的ZVS操作，以執行整個電感諧振技術。它可以用于不同的應用，尤其是電動汽車和混合動力汽車，因為它們需要高電平的電壓轉換來為發動機供電。也可用于電動汽車的充電系統。

審核編輯：郭婷