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升压电路的原理与实现

 摘 要 随着新能源技术的不断发展,对电力变换技术也提出了更高的要求,尤其许多新能源电池自身的属性决定其输出的电压较低而电流较大,无法被用电设备直接使用,需要进行电力变换。本文针对新能源电池输出电压低、电流大这一特点。对三种不同的升压方式进行了对比,提出并实现了一种基于BOOST拓扑的升压变换电路并在此基础上进行了损耗分析。最后针对溶解氧海水电池搭建了一套电池升压管理系统,实现了低电压大电流的条件下的高效率直流升压变换,并在近海测试中取得了较好的测试效果,有效解决了该问题。 
  【关键词】BOOST升压电路 海水电池 超低压升压 电池管理 
  随着新能源电池的不断涌现对电力变换技术也提出了更高的要求,尤其是在光伏及海水发电等领域,通常电池本身输出的电压较低而电流较大,不能直接为用电设备所用。而现有的电力变换技术通常不能够高效率的进行電能由此造成了电能无法得到充分利用。国外如荷兰等国家已经针对这一问题进行了较多的探索,其采用DCDC方式能够高效率的进行电能转换,而目前国内并没有相应的成熟技术与产品在实际中应用。文章在对比了推挽、全桥等多种升压方法的基础上提出了一种基于BOOST拓扑的超低压升压的实现方法,能够实现升压比大于10的低电压、大电流情况下的高效率电压转换,转换效率达到75%以上。 
  溶解氧海水电池作为一种以海水为电解质能够提供长期、稳定电能的新型电池,对深海观测具有重要意义,应用前景非常广泛。但是由于海水电池采用开放式结构,输出电压低电流大并且各组电池无法进行串联对海水电池输出的低电压进行升压变换是海水电池应用于水下设备的必由之路。 
  1 工作原理 
  1.1 升压方案选择 
  目前,DC-DC直流升压变换电路有多种结构形式,主要方式有:单端式、半桥式、全桥式、推挽式。 
  其中推挽式是基于逆变升压的原理,推挽式升压电路必须使用带有中心抽头的变压器,增大了变压器偏磁的风险,而且推挽式开关电源方案不适合负载变化较大的场合。桥式升压电路同样是基于逆变升压的原理。采用推挽式与桥式升压方式需要先对海水电池输出的直流电进行逆变而后再进行整流,这两种升压方式由于结构较为复杂,转换过程中的开关损耗过高,而且由于输入过低对变压器的性能要求较高,难以实现高效率的升压变换。 
  采用基于BOOST拓扑的升压电路这一设计结构简单、器件损耗低,只需要所选用的控制器能够准确控制PWM的占空比即可实现高效率升压转换。 
  1.2 升压电路工作原理 
  海水电池升压系统组成如图1所示,海水电池、升压装置、滤波电路、控制系统。本文主要介绍升压装置部分: 
  由于海水电池升压系统要求升压跨度较高,占空比已经达到90%以上。设计选用了一款具有PWM限流功能的,高效率、低功耗的DC-DC控制器。 
  1.3 损耗分析 
  由于海水电池升压跨度大,输入电流高因此难度较大,根据占空比计算公式:D= (VO-Vi)?VO得出最大为Dmax≈91.4%,最小为Dmin≈86.4%因此对控制器的控制精度及稳定性的要求较高。 

 
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