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电动汽车驱动 PWM控制 ★ 5.0

变换器PWM开关

CPS):一种新的PWM开关概念

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
技术标签 PWM控制
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 脉冲宽度调制 转换器PWM开关 功率半导体器件 转换器拓扑 隔离升压转换器
语言:

中文摘要

脉宽调制(PWM)是现代电力电子技术中的一个基础概念,通常通过对功率半导体器件(如金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT))进行高频开关操作并控制占空比来实现。本文介绍了一种全新的PWM开关概念:变换器PWM开关(CPS)。与传统的PWM开关不同,CPS利用变换器的一个端口来实现PWM开关的功能,而其额外的端口则用于提供或吸收功率,从而催生了一类新的变换器拓扑结构,即基于CPS的变换器。本文详细讨论了所提出的CPS的定义和推导过程。为了展示这一概念的优势,给出了一种基于CPS的隔离式升压变换器,该变换器具有高效率、宽电压转换范围和控制简单的特点,证明了CPS的能力以及它所带来的新型拓扑结构的卓越性能。

English Abstract

Pulse-width modulation (PWM) is a foundational concept in modern power electronics, typically realized by the high-frequency switching of power semiconductor devices, such as metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) or insulated-gate bipolar transistors (IGBTs), with controlled duty cycles. This letter introduces a fundamentally new PWM switch concept: the Converter PWM Switch (CPS). Unlike traditional PWM switches, the CPS employs one port of a converter to perform the function of a PWM switch, while its additional ports serve to source or sink power, enabling a new class of converter topologies, referred to as CPS-based converters. In this letter, the definition and derivation of the proposed CPS are discussed in detail. To show the advantages of this concept, a CPS-based isolated boost converter is presented with high efficiency, wide voltage conversion range, and straightforward control, demonstrating the capability of the CPS and the superior performance of the new topologies it enables.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,转换器PWM开关(CPS)概念代表了功率变换技术的重要创新方向。该技术突破了传统PWM开关仅依赖单一功率器件高频开关的局限,通过将变换器的一个端口作为PWM开关使用,而其他端口用于功率传输,为新型拓扑结构的开发提供了理论基础。

对于阳光电源的核心业务,CPS技术具有显著的应用价值。在光伏逆变器领域,论文展示的隔离升压变换器具备高效率和宽电压转换范围的特性,这对于应对光伏组件电压波动、提升系统MPPT效率至关重要。在储能系统中,双向DC-DC变换器是连接电池与直流母线的关键环节,CPS概念可能催生更高功率密度、更低损耗的新型双向拓扑,直接提升储能系统的往返效率和经济性。此外,"控制简单"的特性有助于降低控制算法复杂度,提高系统可靠性。

然而,作为一个全新概念,该技术仍处于早期研究阶段。从工程化角度,需要关注以下挑战:CPS拓扑的电磁兼容性设计、多端口变换器的热管理复杂度、以及在大功率应用场景下的可靠性验证。此外,新拓扑的元器件应力分布特性需要深入研究,以确保在工业级应用中的长期稳定性。

建议阳光电源保持对该技术方向的持续跟踪,可考虑在研发层面开展原理验证和仿真评估,特别是针对1500V高压光伏系统和大容量储能应用场景。若技术成熟度提升,CPS概念有望为公司下一代功率变换平台带来差异化竞争优势,强化在高效率、高功率密度产品领域的技术领先地位。