探索隔離升壓變換器起動控制策略加快隔離升壓變換器應(yīng)用步伐

電氣隔離型升壓變換器具有高頻電氣隔離，易于多路輸出，輸入電流紋波小，負(fù)載短路時(shí)可靠性高，單級功率變換和良好的輸出電壓調(diào)節(jié)能力等優(yōu)點(diǎn)。適用于有隔離要求的高壓多路輸出、雙向PWM直流變換和單級PFC等場合。在分布式電源、新能源發(fā)電及通訊衛(wèi)星等應(yīng)用場合得到廣泛關(guān)注。

為了解決化石能源的日漸枯竭和人類日益增長的能源需求之間的矛盾，隨著人類對環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，發(fā)展新能源發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為提高國家能源和電力安全的戰(zhàn)略需要。電氣隔離型升壓變換器由于其自身優(yōu)勢，在電動機(jī)車燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等新能源發(fā)電領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

但是隔離升壓變換器存在起動電流過沖問題，若電流過沖的幅值過大，可能導(dǎo)致輸入電源壓降大，EMI，會造成升壓電感飽和以及元器件損壞。起動電流過沖制約了隔離升壓變換器的應(yīng)用，因此有必要研究隔離升壓變換器的起動過程，并對起動電流過沖的抑制提出解決思路。

在《中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)》（Proceedings of the CSEE）2010年8月第24期發(fā)布的《一種雙閉環(huán)控制隔離Boost變換器起動控制策略》，梁永春博士和嚴(yán)仰光教授對隔離升壓變換器起動過程進(jìn)行了前沿性研究，提出一種新穎的控制策略對隔離升壓變換器起動過程進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

通常隔離升壓變換器在升壓電感上增加起動線圈，以助在起動時(shí)建立輸出電壓。起動線圈只在變換器起動時(shí)參與工作，起動結(jié)束后即退出工作。通過深入研究隔離升壓變換器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，論文在升壓電感上耦合一個反激線圈構(gòu)成反激變壓器，通過合理設(shè)計(jì)控制策略，可以改善變換器的起動過程。在提出的控制策略作用下，具有起動電路的隔離升壓變換器起動過程分為反激工作、混合工作、升壓工作三個工作階段。在峰值電流控制方法下，輸出電壓在反激工作階段從零開始建立。引入基于雙變量的混合工作階段，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了占空比平滑變化和輸出電壓平滑建立，該控制策略有效地抑制了起動電流過沖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在該控制策略下，隔離升壓變換器起動電流得到抑制，約60ms完成起動過程，極大地縮短了軟起動時(shí)間。該控制策略顯著地改善了隔離升壓變換器起動特性。

總體來說，該研究成果提出了基于雙變量的混合工作階段，改善了隔離升壓變換器的起動特性，對隔離升壓變換器在新能源發(fā)電等領(lǐng)域的運(yùn)用具有直接指導(dǎo)作用，符合我國國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需要。