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间接矩阵谐振型电力电子变压器高频环节特性分析与开关频率设计方法
Analysis of High-Frequency Link Characteristics and Switching Frequency Design Method for Indirect Matrix Resonant Power Electronic Transformers
| 作者 | 赵聪 · 胡钰杰 · 胡洋 · 高范强 · 徐飞 · 李子欣 |
| 期刊 | 中国电机工程学报 |
| 出版日期 | 2025年2月 |
| 卷/期 | 第 45 卷 第 2 期 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | DC-DC变换器 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 串联谐振型直流变换器 电力电子变压器 高频环节电流特性 开关频率设计 软开关 |
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串联谐振型直流变换器（SRC）是电力电子变压器的核心，但其直流侧电容等无源元件体积制约了功率密度提升。当直流电容减小至与谐振电容相当，传统SRC的高频电流特性发生显著变化。本文对比分析半桥、全桥及混合型SRC在不同电容比下的高频环节电流特性，推导实现软开关条件下三种拓扑开关频率需满足的超越方程，并获得开关频率与谐振频率比的解析表达式，进而提出相应的开关频率设计方法。实验结果验证了理论分析的正确性与设计方法的有效性。
串联谐振型直流变换器(series-resonant DC-DC converter,SRC)是电力电子变压器的核心元件,但电容等储能元件体积大是制约电力电子变压器功率密度提高的重要因素之一,为此应尽量减小电容等无源元件体积.然而,当SRC直流侧电容减小,尤其是与谐振电容基本相当时,其高频环节电流特性与传统的直流电容较大的SRC存在很大不同.为解决上述问题,该文对比分析半桥型SRC、全桥型SRC和半桥全桥混合的SRC(混合型SRC)在不同直流电容与谐振电容比值情况下的高频环节电流特性,求解得到实现软开关时3种典型SRC开关频率设计应满足的超越方程,进一步得到其开关频率与谐振频率比值解析表达式,据此提出3种SRC高频环节开关频率设计方法.最后,通过实验验证高频环节特性分析正确性和所提出的开关频率设计方法有效性.
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SunView 深度解读
该谐振型DC-DC变换器优化技术对阳光电源ST系列储能变流器和PowerTitan大型储能系统具有重要应用价值。通过减小直流侧电容并优化开关频率设计，可显著提升功率密度，这与阳光电源储能PCS追求高集成度的目标高度契合。研究提出的半桥、全桥及混合型SRC软开关条件解析方法，可直接应用于隔离型DC-DC变换级设计，优化ST2236/2500等大功率储能变流器的高频变压器环节。该技术还可延伸至SG系列光伏逆变器的直流升压模块和车载OBC充电机的隔离变换器，通过精确的开关频率设计实现ZVS/ZCS软开关，降低开关损耗，提升系统效率和功率密度，符合阳光电源新一代高频化、轻量化产品发展方向。