摘 要

随着新能源技术的发展，为追求更加高效、节能、环保、可持续的生态理念，传统的化石燃料发电已被渐渐所取代，接踵而至的是更加有前景的光伏发电和燃料电池发电等新能源技术。为了更好的普及新能源发电技术的使用，首先要解决的就是输出电压较低的问题，对此需经过高升压比直流变换器进行升压变换,从而达到并网逆变器所需直流电压，但传统DC-DC功率变换装置难以适应高变比应用需求。为了解决此问题，本文先对传统开关电容工作特性进行了分析，讲解了传统开关电容不可避免的通病。接着提出了改进开关电容单元模型的观点，最后尝试将开关电容与boost电路相结合，得出了改进结论。

实现了开关电容网络与Boost变换器相结合，设计了一款新型开关电容变换器，同时将之与不加boost电路与加了boost电路但是不改变开关电容网络单元开关电容变换器作对比，丰富了对照实验，得出了所提方案的优势，即新型变换器升压能力强,控制电路简单,且开关管电压应力和输出纹波较小,工作效率较高。

对所提出的新型开关电容网络DC-DC变换器的工作原理和工作特性进行了分析，在Orcad/Pspice环境下，完成了新型开关电容变换器的拓扑模型，电路搭建，建立了仿真模型，并进行了仿真分析实验。证明了所提出变换器的可行性，以及与计算结果相差无几的真实性。为分布式发电系统中，太阳能发电单元和储能单元提供了功率接口装置。

关键词：开关电容网络；电压调整；高增益

Abstract

With the development of new energy technology, in order to pursue more efficient, energy-saving, environmental protection and sustainable ecological concept, the traditional fossil fuel power generation has been gradually replaced, followed by more promising photovoltaic power generation and fuel cell power generation and other new energy technologies. In order to better popularize the use of new energy power generation technology, the first thing to be solved is the problem of low output voltage, which needs to be boosted by DC converter with high voltage rise ratio to achieve the DC voltage required by grid connected inverter, but the traditional DC-DC power conversion device is difficult to adapt to the application demand of high ratio. In order to solve this problem, this paper first analyzes the characteristics of traditional switched capacitor, and explains the inevitable common problems of traditional switched capacitor. At last, we try to combine the switch capacitor with the boost circuit, and get the improved conclusion.

A new type of switched capacitor converter is designed by combining the switched capacitor network with boost converter. At the same time, it is compared with the switched capacitor converter without boost circuit and with boost circuit but without changing the switched capacitor network unit, which enriches the contrast experiment and obtains the advantages of the proposed scheme, that is, the new converter has strong boost capability and simple control circuit, Moreover, the voltage stress and output ripple of the switch tube are small, and the working efficiency is high.

The working principle and characteristics of the new switch capacitor network DC-DC converter are analyzed. In the OrCAD / PSpice environment, the topology model, circuit construction, simulation model and simulation analysis experiment of the new switch capacitor network DC-DC converter are completed. The feasibility of the proposed converter is proved, and the result is almost the same as that of the calculation. It provides a power interface device for solar power generation unit and energy storage unit in distributed generation system.

Keywords: switched capacitor network; voltage regulation; high gain

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2 研究现状 2

第二章 传统开关电容DC-DC变换器工作原理和特点 4

2.1 传统降压型开关电容DC-DC变换器 4

2.2 传统升压型开关电容变换器拓扑结构 5

2.3 基于基本升压单元提出的开关电容变换器拓扑结构 7

2.4 传统Boost升压网络 8

第三章 基于开关电容网络的高变比升压DC-DC变换器……………………………………………………………………10

3.1 基于boost电路与传统开关电容单元提出的开关电容变换器拓扑结构 10

3.1.1 工作原理 10

3.1.2 工作特性分析 11

3.2 新型开关电容网络 12

3.3 新型开关电容网络升压变换器 13

3.3.1 电路拓扑结构 ……………………………………………………………..……………..………..…………....………..…13

3.3.2 工作原理 ……………………………………………………………..…………………….………..…………....………..…14

3.3.3 工作特性分析 ……………………………………………………………..…………………….………..….....………..…16

3.3.4 效率分析 ……………………………………………………………..…………………….……………....….....………..…18

3.4 本章小结 20

第四章 仿真分析与验证 ……....………....…......….....….....…..………………………………………………………..………22

4.1 升压变换器仿真与实验 22

4.2 本章小结 35

第五章 结论与展望 37

5.1 主要结论 37

5.2 展望 37

参考文献 38

第一章 绪论

1.1课题研究背景

随着社会的发展以及人与自然和谐相处理念的加深，以及不可再生化石能源的大量被开采，保护环境，持续发展的理念已经深深烙印在每个人心中，为了解决日益严峻的能源危机以及生态危机，充当替代品的可再生能源变被发现。研究表明，为满足全球范围内天然气需求的与日俱增，传统的石油，天然气和煤等化石能源只能够几十年的消耗。而化石燃料的燃烧也会致使全球气候变暖，雾霾等多种环境污染问题。因此，“加强能源资源节约和生态环境保护，增强可持续发展能力”，“发展清洁能源和可再生能源”已经成为我国经济和社会发展的一项战略任务。

可再生能源是指在自然界中可以不断再生，永续利用、取之不尽用之不竭的资源。他们对环境无害或者危害小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。在此要求基础上，科学家们持续发现，持续提出进步思想，基于水位落差的水力发电，采集太阳能量的光伏发电，旷野上收集大量风能的风力发电方式也在上世纪被逐渐研究出来。