【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】隨著電動(dòng)汽車逐步走向高壓化與智能化，車頂光伏作為未來(lái)綠色能源補(bǔ)充的重要手段，正受到越來(lái)越多的關(guān)注。該系統(tǒng)對(duì)DC/DC變換器提出了“高升壓比、低輸入紋波、電氣隔離、高效率”四大要求。然而，傳統(tǒng)的高增益變換器往往在器件數(shù)量、控制復(fù)雜性、系統(tǒng)損耗等方面存在明顯不足，難以兼顧性能與實(shí)現(xiàn)難度。
圖1 車頂光伏充電系統(tǒng)
為解決上述問(wèn)題，上海科技大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院智慧電氣科學(xué)中心王浩宇教授團(tuán)隊(duì)提出了一種適用于車頂光伏充電系統(tǒng)的單級(jí)高升壓比諧振變換器拓?fù)洹Ｔ撏負(fù)浠陔娏餍洼斎虢Y(jié)構(gòu)，采用兩相交錯(cuò)工作的準(zhǔn)諧振拓?fù)?，?shí)現(xiàn)了紋波電流抑制、諧振軟開關(guān)和極簡(jiǎn)器件數(shù)量的有機(jī)統(tǒng)一。
圖2 低電流紋波高升壓比諧振轉(zhuǎn)換器拓?fù)涫疽鈭D
相比傳統(tǒng)全諧振結(jié)構(gòu)，本方案利用MOSFET漏感與并聯(lián)電容在開關(guān)周期中局部諧振，實(shí)現(xiàn)了主功率開關(guān)的零電壓開通(ZVS)和整流二極管的零電流關(guān)斷(ZCS)，顯著降低開關(guān)損耗。二次側(cè)引入的并聯(lián)電容則進(jìn)一步增強(qiáng)了升壓能力，支持低變比磁件實(shí)現(xiàn)800 V輸出。由于僅需4個(gè)半導(dǎo)體器件、3個(gè)磁性元件，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制驅(qū)動(dòng)電路低復(fù)雜度，極具工程實(shí)現(xiàn)潛力。
研究團(tuán)隊(duì)從時(shí)域出發(fā)，構(gòu)建了精確的分段工作模態(tài)解析模型，并結(jié)合MATLAB數(shù)值計(jì)算，揭示了諧振電流、電容電壓等關(guān)鍵波形的變化規(guī)律，進(jìn)一步明確了ZVS/ZCS實(shí)現(xiàn)邊界與拓?fù)湓鲆娣秶?。為?yàn)證理論與設(shè)計(jì)的可行性，團(tuán)隊(duì)搭建了一套700 W、285–303 kHz的車頂光伏變換器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，輸入電壓16–18 V，輸出電壓800 V。在滿載條件下，系統(tǒng)峰值效率高95.56%。
圖3 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)
研究成果以“Low Current Ripple High-Boost Ratio Resonant Converter for Vehicle-Integrated PV Modules”為題，發(fā)表在IEEE Transactions on Power Electronics上。信息學(xué)院2023級(jí)碩士生吳宜涵為論文第一作者，王浩宇教授為通訊作者，上海科技大學(xué)為第一完成單位。
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