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本文对DC-DC变换器进行了分类，并讨论了它们的优点和局限性。它提出了一种改进的DC-DC转换器拓扑结构，该拓扑结构结合了Cuk和正输出超升程Luo拓扑结构，以用更少的组件实现更高的电压增益。

DC-DC转换器是电动汽车（EV）、交通运输、可再生能源驱动的微电网等所必需的。DC-DC转换器也是有效能源管理的重要接口。

DC-DC变换器的分类

有两种类型的DC-DC转换器拓扑：

● 隔离转换器

● 非隔离转换器

隔离转换器

分离负载和输入源的高频变压器是隔离拓扑的主要组件。敏感负载可能需要这种隔离。这种隔离保护负载免受可能发生的输入侧故障的影响。

绕组的匝数比是提高隔离转换器中电压比的主要因素。需要注意的是，建议的因素具有重大的负面影响，包括

● EMI噪声

● 需要使用能量回收电路的剩余电流

● 损失增加

● 由于该部件的磁性基础导致的功率密度下降

非隔离转换器

在使用非隔离拓扑时，隔离输入源和负载并不是必不可少的。因此，包括高强度放电灯（HID）和可再生能源在内的大多数应用都使用非隔离转换器。

HID照明所需的电压范围为100伏至250伏。不过，汽车电池的最大电压为12伏，可以提供这样的电压。车辆无法处理因使用孤立拓扑而增加的重量。因此，使用非隔离转换器是必要的。

光伏电池板和其他形式的可再生能源是第二个案例研究的主题。15 V和65 V之间的电压是转换器的输出。

非隔离DC-DC转换器的类型

具有提高其输入电压的能力的传统非隔离DC-DC转换器是

● 促进

● 升压式

● Cuk

● SEPIC拓扑

非孤立拓扑面临的挑战

在所描述的所有拓扑中，升压拓扑可以将输入电压电平提高每个占空比值。其输入电流也是连续的，如SEPIC和Cuk拓扑。

需要注意的是，Cuk和Buck-Boost转换器已经失去了公共接地和来自输入源的负载。所有讨论的拓扑结构都有相同的缺陷。除了低占空比%和足够的效率之外，它们不能提供高电压增益值。针对这个问题提出的解决方案是使用Luo转换器。

正输出超升力Luo（POSLL）转换器

通过使用较小的占空比百分比，电压提升技术将电压增益提高到更大的量。转换器被描述为正输出超升力Luo（POSLL）转换器。

此拓扑的计数较低。其设计包括

● 一个感应器

● 一个开关

● 两个二极管

● 两个电容器

局限性

这种转换器具有比传统转换器更大的电压增益。当占空比接近50%时，POSLL转换器的电压增益增加到3。相反，在降压-升压、SEPIC和Cuk拓扑中，该值为1，在升压拓扑中为2。

基于上述思想，必须提供替代拓扑，因为POSLL转换器的电压增益不如预期的那么大。

建议的拓扑

本文提出了一种改进的二次型DC-DC变换器。Cuk和POSLL转换器之间重新设计的连接构成了转换器的拓扑结构。因此，所建议的转换器的电压增益具有电压提升方法和二次拓扑的特征。

图1（a）显示了建议的转换器的示意图，该转换器由

● 两个电感器（L1和L2）

● 三个电容器（C1、C2和Co）

● 三个二极管（D1、D2和D3）

● 两个开关（S1和S2）

图1：拟议的转换器拓扑图来源：IEEE Access

如图1（b）所示，所提供的拓扑是Cuk和POSLL拓扑的初始部分组合的结果。值得注意的是，升压转换器的输出和Cuk转换器中的第一电容器的电压是相同的。结果，第一步的电压已经被足够地升高。

第二个部件已接收到来自第一个电容器的电压，如图1（b）所示。本节为红色，与POSLL相关。由于所示的架构，输入源电压已经分两步增加。

当转换器处于连续导通模式（CCM）时，它在两种模式下工作。同时激活第二二极管和开关。剩下的半导体也被灭活了。

根据对其拓扑结构的彻底检查，转换器早期使用的Cuk拓扑结构成功地确保了输入电流的连续性。此外，通过解释Cuk拓扑的方式，解决了传统Cuk拓扑缺乏共同点的问题。

为了提取转换器的核心关系，有必要考虑某些因素。研究了理想模式和稳态模式下变换器的结构。

结论

50%占空比在所建议的拓扑中提供的电压增益是其六倍。除了高电压增益之外，还有输入电流的连续性。此外，与Cuk和POSLL转换器的级联连接相比，所得到的拓扑结构具有更好的电压增益和更少的组件。

最近提出的转换器中的一些半导体具有更大的电压和电流应力值。此外，在所提出的拓扑结构中，两种半导体的电压和电流应力都有所降低。所提出的转换器的拓扑结构用更少的元件产生了更好的电压增益水平。

总结要点

● DC-DC转换器对于电动汽车、运输和可再生能源应用中的能源管理至关重要，是有效能源管理的重要接口。

● 本文将DC-DC转换器全面分类为隔离拓扑和非隔离拓扑，强调了它们各自的优点和局限性。

● 建议将Cuk和POSLL拓扑组合成一种新的二次型DC-DC转换器拓扑，该拓扑将具有更高的电压增益和更少的部件。

● 非隔离转换器对于各种应用是必不可少的，包括高强度放电灯和可再生能源，因为它们能够处理增加的电压水平。

● 本文讨论了电压提升技术作为一种在非隔离拓扑中提高电压增益的解决方案，解决了挑战并提高了整体效率。