为什么我们需要隔离式反激转换器拓扑？

反激式转换器拓扑 结构经常用于电源转换，因为它们价格低廉、用途广泛，并且可以在较宽的输入和输出电压范围内工作。反激式转换器是高升压电压转换的选择，因为它还提供电气隔离。反激式转换器是一种适用于可再生能源应用的广受欢迎的隔离式转换器。然而，它能承受的开关和二极管应力限制了它??的使用。

为了实现复杂的控制方法，例如零电压/电流开关，有源钳位开关方案用于减少初级开关上的应力。这些有源电路可有效降低初级 FET 应力。然而，飞跨电容器多级反激转换器 (FCMFC) 已经通过使用次级飞跨电容器电压单元来降低初级反射电压来执行此操作。通过使用建议的多级快速电容器变化，由于应力减小和效率提高，该转换器的功率潜力得到提高。

图1。飞跨电容多电平反激变换器的一般形式。图片由IEEE Open Journal of Power Electronics提供

图 1 描绘了具有单二极管电容器 (SDC) 级的通用 FCMFC。这是一个反激式转换器，而不是典型的电压倍增器。这种通用形式可用于创建 N 级的多个转换器，其中 (N-1) 是特定转换器中的电容器数量。可以采用更大的匝数比来获得额外的增益，但代价是更高的电压和磁应变。

隔离式反激式转换器的设计方面

这开发了一种提高增益的替代方法，使得方程（1）始终添加到已经从双绕电感器获得的增益中，方程（2）限度地减少了定制磁性设计的使用，方程（3）允许次级体验效率提升而不是磁力提升的阶段。FCMFC 可以使用专为反激式设计而制造的现成变压器，但可以用于获得更高的电压增益，但需要更多的半导体和更复杂的控制。然而，由于飞跨电容器提供了相当大的增益提升，FCMFC 可以获得更大的输出电压和高效率。

[M(D)=frac{V}{V_{in}}=frac{n(N-1)D}{1-D},,,,,(1)]

[I_{L}=frac{n(N-1)V}{R(1-D)},,,,,(2)]

[Delta i_{Lm}=frac{V_{tin}D}{2f_{s}L_{m}},,,,,(3)]

设计人员利用高匝数比为使用反激式转换器的新应用产生高电压增益。尽管需要精心定制的磁性设计，初级 FET 和次级输出二极管仍可实现高应力额定值。尽管有许多商用选择并且可以在 FCMFC 框架中使用以覆盖比简单反激式更广泛的应用范围，但变压器通常是根据特定应用的订单而构建的。所提出的拓扑具有更高的电压增益和更低的初级 FET 应力，使这一点变得可行。

反激式转换器和其他 DC-DC 转换器拓扑

该领域经常使用升压转换器和其他电压倍增器来修改反激式转换器。还使用改进的升压转换器，但它们的增益受到限制。由于所有改进的反激式转换器都将采用适中的匝数比并从不同的转换器级获得剩余增益，因此控制系统的复杂性将会增加。FCMFC的SDC次级侧级可以利用相移脉宽调制(PSPWM)方法来获得高电压增益。FCMFC 的优点是，无论变压器匝数比是多少，电压增益都会随着级数的增加而增加。

一些 FC 拓扑的增益与级数并不直接相关。很少有 FC 转换器拓扑通过添加飞跨电容器来发挥作用，这会将标准反激式转换器的可用电压增益增加两倍；添加两个将使增益增加三，对于高阶 FCMFC 依此类推。这表明主输入开关可以以比反激式转换器更低的占空比和应力运行。对于给定的变压器和占空比，建议的拓扑将始终具有任何反激式转换器的两倍、三倍等增益，从而允许从现有反激式拓扑中获得更大的能力。

具有多电平转换器特性的隔离式反激转换器

多电平转换器存在困难，特别是在平衡 FC 电压方面。电压不平衡问题在更别的转换器中变得更加严重，因为它是由元件值的变化和栅极触发时间延迟引起的。尽管某些转换器会遇到自然平衡，但任何变化都会立即干扰较低的组件应力要求。已经创建了控制方法来解决此问题并阻止阶段过早发生故障。

通过改变切换方案，实现了自然的平衡。在考虑轻负载情况的同时，采用谷值电流检测和恒定有效占空比来实现主动平衡。之前的研究介绍了 FCMFC 并演示了开环 PSPWM 如何提供自然的飞跨电容器电压平衡。这对于半导体器件观察到的电压应力降低至关重要。

隔离飞跨电容多电平转换器的要点

DC-DC 转换器是现代社会所必需的，它为从可再生能源到消费电子产品的一切提供动力。

高频飞跨电容器多电平转换器的开发旨在提高功率密度和效率，从而提高 DC-DC 转换器的性能。

与传统拓扑相比，多层架构（例如多层升压转换器）可提供更高的效率、更小的器件应力和更高的功率密度。

转换器技术的进展不断提高其效率和效果，研究人员不断探索新材料和设计以进一步增强其能力。

DC-DC 转换器的未来看起来充满希望，因为它们变得更小、更有效，从而在医疗设备、交通和微电网中实现新的应用。