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无变压器变换器采用电容隔离网络
Transformer-Less Converters Using Capacitive Isolated Network
| 作者 | Pasan Gunawardena · Yuzhuo Li · Yunwei Li |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年5月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 功率变压器 对偶性 无变压器变换器 电容隔离网络 实验验证 |
语言:
中文摘要
几十年来，电力电子研究中一直在研究对偶关系，以推导新的变换器拓扑并分析其特性。然而，电力变压器的对偶性仍未得到充分理解，且现有文献中很少对其进行讨论。为填补这一空白，本文利用对偶元件——电容隔离网络，推导了电力变压器的对偶性及其衍生出的新型无变压器变换器。此外，还对所选取的变换器进行了实验验证。
English Abstract
The duality relationship has been investigated in power electronic research to derive new converter topologies and analyze their characteristics for decades. However, the duality of power transformers is still not well understood and is rarely discussed in the existing literature. To fill the gap, this article presents the derivation of the duality of the power transformer and its induced new transformer-less converters using the dual component—a capacitive isolation network. The experimental verification on a selected converter is presented.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这篇论文提出的电容隔离网络无变压器拓扑技术具有重要的战略参考价值。该技术通过功率变换器的对偶性原理，用电容隔离网络替代传统磁性变压器，为我们在光伏逆变器和储能变流器的小型化、轻量化设计方向提供了新思路。
在光伏逆变器领域，传统隔离型拓扑依赖工频或高频变压器实现电气隔离，这不仅增加了系统体积和重量，也带来了铁损和成本压力。电容隔离方案理论上可显著提升功率密度，这对户用逆变器和工商业分布式系统的竞争力提升具有吸引力。特别是在高频化趋势下，电容隔离网络的寄生参数优势可能带来更优的EMI特性和转换效率。
然而，该技术目前仍处于学术探索阶段，面临显著的工程化挑战。首先，电容隔离的耐压能力和长期可靠性需要在实际工况下充分验证，尤其是在1500V高压光伏系统中的应用存疑。其次，电容隔离网络在传递功率的同时如何满足安规标准（如IEC 62109）规定的隔离强度要求，是关键技术瓶颈。此外，电容隔离的功率传输特性与磁性耦合存在本质差异，可能导致控制策略的复杂化。
建议我们的中央研究院持续跟踪该技术方向，特别关注其在低功率、高频应用场景（如储能PCS的辅助电源、车载DC-DC变换器）的可行性。短期内，该技术更适合作为前瞻性储备，而非直接产品化路径。对偶性理论本身为拓扑创新提供了方法论启发，值得在内部技术研讨中深入探讨。