光伏电池、燃料电池、风力发电等由清洁能源发电构成的分布式电源结合储能装置以及负载组成的直流微电网，可以降低分布式电源并网对电网运行的影响。此外，分布式电源及储能装置多为直流电，直流微电网可减少变换环节，转化效率高；与交流微电网相比，无需考虑电压相位、频率、无功功率等问题。因此直流微电网具有灵活可靠、损耗小、控制难度相对较低、便于拓展等优点。

然而，这些清洁能源发电装置输出电压低，难以达到直流微电网并网所需的电压。因此，高升压DC-DC变换器已被广泛应用于低电压转换场合。图1为直流微电网结构示意图。

图1 直流微电网结构示意图

由于传统Boost变换器结构简单和成本较低，能够通过调节占空比实现升压，在工业生产中被广泛应用。理想情况下，当占空比趋向于1时，电压增益接近于无穷大。但是，功率开关管的电压应力等于输出电压，过高的占空比会导致功率开关管的电压应力较大，且二极管反向恢复问题严重。此外，电容和电感的等效串联电阻会限制电压增益和降低变换器的转换效率。因此，在高升压比的电路应用中，传统的Boost电路难以满足。

针对清洁能源输出电压等级较低难以实现直流微电网并网的问题，广东海洋大学等单位的罗朋、潘锦超 等学者，提出一种基于开关耦合电感的无源钳位结构的高升压DC-DC变换器。该变换器的拓扑结构如图2所示。

图2 所提变换器的等效电路

该变换器采用开关耦合电感结构连接变换器的输入端与输出端。通过调整耦合电感的匝比提高电压增益。此外，采用无源钳位结构回收漏感能量，抑制功率开关管上的电压尖峰，降低功率开关管的电压应力，提高变换器的电能转换效率。

图3 所提变换器实物

研究者在文中介绍了变换器的工作原理，推导了变换器的稳态特性和各元件的设计参数，详细分析变换器的损耗以及选择有利的参数提高效率，如合理设计耦合电感匝比。他们通过搭建一台输入电压为40 V、输出电压为400 V、满载功率为250 W的实验样机，验证了变换器的可行性和理论分析的正确性。实测的最高效率和满载效率分别为97.59 %和97.10 %。

图4 所提变换器效率曲线

研究者表示，该变换器具有以下特点：①所需元器件数量较少，结构简单，提高了可靠性；②输入端和输出端共地；③调节耦合电感的匝比和占空比提高电压增益；④无源钳位电路抑制功率开关管的电压尖峰，降低功率开关管的电压应力，同时回收漏感能量，提高转换效率。

本工作成果发表在2023年第20期《电工技术学报》，论文标题为“用于直流微电网的高升压变换器设计及效率优化”。本课题得到国家自然科学基金和广东省自然科学基金的支持。