采用三繞組耦合電感、開關電容技術和級聯結構，該變換器可實現更高電壓增益。

變換器的輸入電感可有效降低輸入電流紋波，從而減小輸入電源應力。此外，耦合電感的漏感能量由輸出端回收利用，提升效率的同時，能夠抑制開關管的電壓尖峰，降低其電壓應力。

詳細分析帶三繞組耦合電感的級聯型高增益功率變換器的工作原理，以及連續導通模式下變換器的穩態性能。最后搭建一臺30V輸入、380V/0.3A輸出的實驗樣機，實驗結果驗證了理論分析的正確性。

隨著可再生能源滲透率不斷提高，光伏電池、燃料電池在其并網中發揮著愈加重要的作用。由于光伏電池、燃料電池單體輸出電壓低（小于50V），需經高增益功率變換器升壓至直流高壓（通常為380V或760V），以滿足后級要求。傳統Boost變換器實際電壓增益有限，且電壓電流應力高、效率低，無法滿足上述應用要求[6]。

通常，提升變換器增益的方法主要有：變換器級聯、輸出串聯、采用耦合電感以及增加開關電容。變換器級聯雖能有效提升電壓增益，但存在拓撲結構和控制方式復雜等不足，且環路設計相對困難。

通過共用開關管，簡化了傳統級聯型Boost變換器的電路拓撲及控制，然而級聯結構中器件數量仍較多，且器件電壓應力高。為此，采用級聯結構，并引入開關電容以進一步提升電壓增益，降低器件電壓應力，然而拓撲中磁心數量較多、系統成本較高。變換器輸出串聯是另一種提升電壓增益的有效方案。

將Boost變換器和Flyback變換器的輸出串聯，并通過電感耦合和共用開關管，實現高電壓增益的同時簡化了電路拓撲結構。在此基礎上，]將變換器級聯與輸出串聯方式結合，提出了一種新的高增益拓撲。

上述兩種變換器通過設計耦合電感的匝比，可對輸出電容電壓和二極管應力進行合理分配，且漏感能量由輸出端回收，但需要極高的電壓增益時，會存在磁心體積大、漏感大、器件應力高、輸入電流紋波大等問題。此外，有學者提出了三繞組耦合電感的高增益方案[21-23]，該方案在提高電壓增益的同時，能增加電壓增益調節的靈活性，器件電壓應力分配也更加合理。

本文提出了一種帶三繞組耦合電感的級聯型高增益功率變換器。基于文獻[23]中的高增益方案，本文提出的變換器只需增加一個電感和一個二極管，在保留原有方案優點的前提下，可實現更高電壓增益。

此外，相對于原方案的輸入電流斷續，新加入的電感能有效降低輸入電流紋波，減輕輸入電源應力。同時，所提出的變換器將原方案中三路串聯輸出減少至兩路串聯輸出，可減小輸出電容的容量和體積，提高變換器的功率密度。

圖2本文提出的高增益功率變換器拓撲

圖3本文提出的高增益功率變換器等效電路

結論

本文提出了一種帶三繞組耦合電感的級聯型高增益功率變換器，并詳細分析其工作原理，最后設計并搭建樣機進行實驗驗證。實驗表明本文提出的變換器具有如下特點：

1）拓撲只需單個開關管，控制及驅動簡單可靠。

2）采用三繞組的耦合電感、開關電容技術以及級聯方式，實現了更高電壓增益。

3）通過合理設計三繞組耦合電感的匝比，可實現輸出電容和二極管電壓應力的靈活分配。

4）漏感能量由輸出端回收，提升效率的同時，抑制了開關管兩端的電壓尖峰，降低了開關管的電壓應力。因此，可選用低耐壓的高性能開關器件，以進一步提高變換效率。

5）輸入電感有效降低了輸入電流紋波，減小了輸入電源應力，有利于延長可再生能源系統中光伏電池和燃料電池的壽命。