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电动汽车驱动 ★ 5.0

实现准恒压输出的全范围软开关Class-E逆变器

A Full-Range Soft-Switching Class-E Inverter Achieving Quasi-Constant Voltage Output

作者
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 电动汽车驱动
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 E类逆变器 参数设计方法 软开关 准恒压输出 负载范围
语言:

中文摘要

在本文中,提出了一种新颖的参数设计方法,以实现具有准恒定电压(CV)输出的 E 类逆变器的全范围软开关。通过提出一种更精确的建模方法,分析了金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)体二极管的提前导通以及开关关断期间并联电容的再充电现象。通过优化谐振参数,可以避免由于 MOSFET 并联电容再充电而导致的硬开关。因此,与负载无关的零电压开关可扩展至整个负载范围。此外,利用所提出的参数设计方法,可在一定范围内获得适应负载变化的准 CV 输出。搭建了一个工作频率为 1 MHz 的实验平台,实验结果验证了所提方法的可行性。

English Abstract

In this letter, a novel parameter design methodology is proposed to achieve a full-range soft switching for the Class-E inverter with a quasi-constant voltage (CV) output. The metal-oxide-semiconductor field-effect transistor's (mosfet’s) body diode conduction in advance and the shunt capacitor recharging phenomenon during the switch-off period are analyzed by proposing a more precise modeling method. With the optimized resonant parameters, hard switching due to recharging of the mosfet’s shunt capacitor can be avoided. Thus, the load-independent zero voltage switching is extended to the whole load range. Moreover, a quasi-CV output, tailored to the varying load, is obtained within a certain range with the proposed parameter design methodology. An experimental setup is fabricated at 1 MHz and the feasibility of the proposed method has been verified through experimental results.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项E类逆变器全范围软开关技术具有显著的应用潜力,尤其在高频化、小型化的新能源转换系统中价值突出。

该技术的核心创新在于通过优化谐振参数设计,解决了传统E类逆变器在宽负载范围内难以保持软开关的技术瓶颈。论文提出的精确建模方法有效分析了MOSFET体二极管提前导通和并联电容再充电现象,实现了负载无关的零电压开关(ZVS),这对于提升逆变器效率、降低开关损耗具有重要意义。对于阳光电源的光伏逆变器和储能变流器产品线,该技术可在宽功率输出范围内维持高效率运行,特别适合光伏发电的波动性场景和储能系统的充放电切换工况。

准恒压输出特性是另一个亮点。在负载变化时仍能维持相对稳定的输出电压,这对于我们的储能系统和微网应用场景具有实际价值,可简化后级电压调节电路,降低系统复杂度。1MHz的高频工作特性也契合了功率电子设备小型化、轻量化的发展趋势,有助于提升产品的功率密度。

然而,该技术目前仍处于实验室验证阶段,距离工业化应用存在一定距离。主要挑战包括:高频条件下的EMI抑制、参数设计对元器件容差的敏感性、以及从1MHz实验频率向实际应用频率的转换适配。此外,E类逆变器通常适用于中小功率场合,如何将该技术拓展至阳光电源主流的大功率产品线,需要进一步的工程化研究。建议将该技术优先考虑应用于车载充电、分布式储能等对体积和效率要求较高的细分领域。