文 献 综 述

一. 课题研究背景

在可再生能源利用中，由于风能、太阳能等取之不尽用之不竭，并且具有干净无污染的优点，因此近年来成为世界各国新能源发电系统的焦点。但是，由于风能和太阳能往往依赖于天气和气候等自然条件，其发出的电能不够稳定，常常表现为较宽的输出电压范围，给风能和太阳能的有效利用带来了困难。在某些特殊的应用场合里，要求系统在很宽的电压范围内都能正常工作，如光伏系统、不间断电源(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply, UPS)等，尤其在工业现场，电网的电压往往受用电负载的变化而变动，特别是负载较大时情况尤其严重，另外现场环境的干扰尖峰也会叠加在输入电压上一起进入电源电路，致使在恶劣环境下正常供电的电源芯片或其它的元件极其容易损坏。

近年来，光伏并网发电系统在发达国家得到大规模应用，但在发展中国家发展缓慢，其瓶颈在于其经济性较差。提高光伏发电系统的经济性，除了提高光电转换效率外，发展高效的逆变器结构和电能利用架构是可行的突破口^[1]。这对于我国大力发展新能源发电，减少环境污染有重要作用。

二. 发展趋势

今天能源需求的大量增加，而传统的火电发电方式因其一次能源的不可再生和在发电过程中会产生大量污染的原因，引发了许多对新能源发电的研究，但是核能发电的风险较大，一旦发生事故后果不堪设想，风能太阳能发电对自然环境依赖程度较高，条件良好的情况下发电电压可以满足要求，但反之电压可能会过低甚至高于标准水平，导致系统不稳定，最终损坏用电设备。因此需要一种可靠的电压变换装置将电压转换为安全水平。

随着电力电子技术的发展，这种电压变换装置的研究发明变得明朗起来。电力电子变换器是应用电力电子器件将一种电能转变为其他形式电能的装置，按转换的种类可以分为四种：直流-直流变换器，逆变器，整流器，交交变频器^[2]。DC-DC变换器是一种将直流电变换为其他一种形式直流电的技术，如Boost变换器、Buck变换器、Buck-Boost变换器等一系列不同功能的变换器^[3]，是构建其他许多电能变换器的基本组成部分，然而为了有效实现各种电能变换功能，并使系统安全平稳的运行，DC-DC变换器必须与其他功能模块相互配合，组成一个控制系统^[4]。一些太阳能电池车及某些工业用电，常需要宽输入电压的直流辅助电源，如动力车系统、光伏系统、UPS、应急电源(Emergency Power Supply, EPS)、光伏逆变器、风光互补控制器等的DC-DC供电转换模块。

如果电子设备要获得很好的工作可靠度以及安全性，那就必须要有高质量的电源系统供电，因此电子设备对其电源的安全性，可靠性，技术指标的要求也日益提高。自从90年代后期，美国、欧洲等发达国家就已经纷纷禁止了没有谐波抑制及功率因数改善功能的供电系统设备进入本国市场，而且对高次谐波电流、功率因数制定了明确而详细的国际标准^[3]。

在较高输入电压工作环境下，使用同步控制的双管Buck-Boost变换器存在较大的开关损耗，而单管工作的双管Buck-Boost变换器又存在复杂的升压降压控制问题。文献[5]分析了一种含有耦合电感的双管Buck-Boost变换器，介绍了该变换器在同步控制模式下的工作模态以及耦合电感抑制反向恢复损耗及减小开关损耗的原理，给出了耦合电感的设计方法，并在此基础上提出一种非同步控制模式，可以进一步减小磁性元件损耗。文献[6]提出了一种新型软开关电隔离降压-升压直流变换器，它具有三个主要的工作模式：升压，正常和降压模式，可在整个输入电压范围内实现宽电压调节的功能，所提出的控制算法只需要一个降压升压开关，进行电压调节通过开关重新配置与平滑过渡之间的模式。经过实验分析，该转换器表现出良好的最大功率点跟踪性能和近97%的峰值效率。为了应对某些特定场合如新能源领域等出现的输入电压超出常规变化范围，并且可以提升功率等级，文献[7]采用了三区间工作的解决方案，在升压区间和降压区间之间新增一个过渡区间，使输入电压值落在这个区间内时，全桥处在降压状态工作。