Повышающие DC–DC-преобразователи: всесторонний обзор методов повышения напряжения, топологий и областей применения

Повышающие DC-DC-преобразователи широко используются во множестве приложений преобразования энергии — от долей вольта до десятков тысяч вольт при уровнях мощности от милливатт до мегаватт. В литературе описаны различные методы повышения напряжения, в которых используются фундаментальные элементы накопления энергии (индуктивности и конденсаторы) и/или трансформаторы совместно с переключателями и диодами. Эти методы включают переключаемые конденсаторы (charge pump), умножители напряжения, переключаемые индуктивности/подъём напряжения, магнитную связь и многоступенчатые/многоуровневые подходы; каждый из них имеет свои достоинства и недостатки в зависимости от применения с точки зрения стоимости, сложности, плотности мощности, надёжности и эффективности. Для удовлетворения растущего спроса постоянно предлагаются новые топологии преобразователей питания, использующие перечисленные методы повышения напряжения, а также различные активные и пассивные компоненты. Перестановки и сочетания различных методов повышения напряжения с дополнительными компонентами в схеме позволяют получить многочисленные новые топологии и конфигурации, которые часто запутывают и трудно проследимы. Поэтому, чтобы дать ясную картину общих закономерностей и рамок развития преобразователей следующего поколения, в данной работе проводится всесторонний обзор и классификация различных повышающих DC-DC-преобразователей на основе их характеристик и методов повышения напряжения. Кроме того, подробно обсуждаются преимущества и недостатки этих методов повышения напряжения и соответствующих преобразователей. Наконец, представлены и суммированы широкие области применения DC-DC-преобразователей с сравнительным анализом различных методов повышения напряжения.