在双碳目标的推动下，光伏、燃料电池这类分布式新能源正在成为电力系统的重要组成部分。可能很多人没注意到，这些新能源发电设备输出的直流电压其实很低，常见的光伏组件单块输出只有几十伏，燃料电池堆输出也大多在几十到上百伏之间，根本没法直接并入电网或者给高压设备供电。这时候就需要高增益 DC-DC 变换器来 “升压”，把低压直流电转换成可用的高压电，这类器件也因此在新能源、电动汽车、航空电源等领域得到了广泛应用。传统的 Boost 变换器其实也能实现升压，但要获得高电压就得把占空比拉得非常高。这就像让发动机一直满负荷运转，不仅会大幅增加开关管和二极管的损耗与应力，还会导致二极管反向恢复问题严重，最终让整个变换器的效率大打折扣。为了解决这个问题，学界这些年想了不少办法，用开关电感、开关电容倍压结构来提升增益，或者引入耦合电感通过调节匝比来升压。但这些方案都有各自的短板，开关电感没法降低开关管的电压应力，开关电容组合会增加器件数量和成本，耦合电感又会因为漏感产生电压尖峰，冲击开关器件。后来有人提出用双耦合电感进一步提升增益，但两个独立的磁性器件又会让变换器体积变大、功率密度下降，反而影响了实际应用。辽宁工程技术大学电气与控制工程学院的李洪珠、包雨林团队把多种成熟技术的优点结合起来，提出了一种双耦合电感磁集成开关电容二次型高增益变换器。图1 集成与分立磁件对比这个拓扑只用了单个开关管，大大简化了结构复杂度；引入两对耦合电感，既能通过调节占空比和匝比获得极高的电压增益，又能显著降低开关管两端的电压应力。团队还加入了钳位于地的支路，能把耦合电感产生的漏感能量吸收再利用，有效缓解了开关管的电压尖峰问题。最关键的是，他们采用了解耦磁集成技术，把两对原本独立的耦合电感集成到了一起，既减少了磁性器件的数量和体积，又提升了变换器的整体功率密度。为了验证理论分析的正确性，团队对解耦集成磁件进行了结构与参数设计和仿真验证，最后搭建了一台输入 12V、输出 185V、额定功率 200W 的实验样机。图2 实验样机测试结果显示，这款变换器的性能优势非常明显：在占空比 0.5、耦合电感匝比为 1 的情况下，开关管两端的电压应力只有输出电压的 1/4；各个二极管的电压应力也更低，范围在输出电压的 16% 到 75% 之间，这意味着器件选型时可以用耐压更低、成本更低的型号。同时，磁集成设计让变换器的体积更小，功率密度更高，整体效率也得到了提升。图3 变换器效率曲线目前这款变换器已经通过了完整的理论分析、仿真和实验验证，相关成果发表在 2025 年第 12 期的《电工技术学报》上，论文标题为“双耦合电感磁集成开关电容二次型高增益变换器”，本课题得到了辽宁省教育厅基本科研面上项目和内蒙古自治区高等学校科学研究重点项目的支持。这项技术有望在新能源发电、电动汽车、航空电源以及军工等领域得到应用，为解决低压输入转高压输出的难题提供了一种更高效、更紧凑的解决方案。未来随着磁集成技术的进一步优化，这类高增益 DC-DC 变换器的性能还有望继续提升，更好地支撑新型电力系统的建设。