【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】隨著電動汽車逐步走向高壓化與智能化，車頂光伏作為未來綠色能源補充的重要手段，正受到越來越多的關(guān)注。該系統(tǒng)對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、控制復雜性、系統(tǒng)損耗等方面存在明顯不足，難以兼顧性能與實現(xiàn)難度。
圖1 車頂光伏充電系統(tǒng)
為解決上述問題，上海科技大學信息科學與技術(shù)學院智慧電氣科學中心王浩宇教授團隊提出了一種適用于車頂光伏充電系統(tǒng)的單級高升壓比諧振變換器拓撲。該拓撲基于電流型輸入結(jié)構(gòu)，采用兩相交錯工作的準諧振拓撲，實現(xiàn)了紋波電流抑制、諧振軟開關(guān)和極簡器件數(shù)量的有機統(tǒng)一。
圖2 低電流紋波高升壓比諧振轉(zhuǎn)換器拓撲示意圖
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)電容則進一步增強了升壓能力，支持低變比磁件實現(xiàn)800 V輸出。由于僅需4個半導體器件、3個磁性元件，整體結(jié)構(gòu)簡單，控制驅(qū)動電路低復雜度，極具工程實現(xiàn)潛力。
研究團隊從時域出發(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，進一步明確了ZVS/ZCS實現(xiàn)邊界與拓撲增益范圍。為驗證理論與設計的可行性，團隊搭建了一套700 W、285–303 kHz的車頂光伏變換器實驗平臺，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 實驗樣機
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。信息學院2023級碩士生吳宜涵為論文第一作者，王浩宇教授為通訊作者，上海科技大學為第一完成單位。
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