一种高升压和高效率的直流电源转换器

一种新型电力转换器设计以比以往更低的成本和维护实现了更高的效率。神户大学开发的直流升压转换器有望成为电力发电、医疗保健、交通和信息技术等领域电气和电子元件进一步发展的重要贡献。

从阳光或振动中收集能量，或为医疗设备或氢燃料汽车供电的设备有一个共同的关键组件。这种所谓的“升压转换器”可将低压直流输入转换为高压直流输出。由于它是如此普遍且关键的一个组件，因此最好使用尽可能少的零件以减少维护成本和成本，同时使其以尽可能高的效率运行，而不产生电磁噪声或热量。升压转换器的主要工作原理是在电路中快速切换两种状态，一种状态储存能量，另一种状态释放能量。开关速度越快，组件越小，因此整个设备也可以缩小尺寸。然而，这也增加了电磁噪声和热量产生，从而降低了电力转换器的性能。

神户大学电力电子研究人员MISHIMA Tomokazu的团队在开发新型直流电力转换电路方面取得了重大进展。他们成功地将高频开关（约为以前的10倍）与一种称为“软开关”的技术相结合，该技术减少了因散热而产生的电磁噪声和功率损耗，同时还减少了组件数量，从而降低了成本和复杂性。“当电路在两个状态之间切换时，有一个短暂的时期开关未完全闭合，此时开关两端同时存在电压和电流。这意味着在此期间，开关像电阻一样工作，从而耗散热量。开关状态改变越频繁，这种耗散就越严重。软开关是一种技术，可确保开关在零电压下转换，从而最大限度地减少热量损失，”Mishima博士解释道。传统上，这是通过“缓冲器”来实现的，缓冲器是在过渡期间提供替代能量吸收器的组件，随后会导致能量损失。

神户大学团队在《IEEE电力电子汇刊》期刊上发表了他们的新型电路设计及其评估结果。他们取得成功的关键是使用了“谐振槽”电路，该电路可在开关期间储存能量，因此损耗要低得多。此外，他们还使用了一种节省组件的设计，将平面组件打印到电路板上，称为“平面变压器”，它非常紧凑，且效率和热性能均良好。

Mishima及其同事还构建了电路的原型并测量了其性能。“我们确认，我们的无缓冲器设计大大减少了电磁噪声，并且能源效率高达91.3%，这在具有高压转换比的兆赫驱动器中前所未有。该比率也比现有设计高出1.5倍以上。”然而，他们希望通过减少所用磁性组件的功率耗散来进一步提高效率。

考虑到电气设备在我们社会中的普遍性，具有高电压倍增比、高效率和低噪声运行的直流电源至关重要。神户大学的这项开发对电力、可再生能源、交通、信息和电信以及医疗保健等领域的应用具有重要意义。Mishima解释了他们未来的计划：“目前的开发是100瓦级的小容量原型，但我们旨在通过改进电子电路板和其他组件，在未来将功率容量扩大到更大的千瓦级。”