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系统并网技术 ★ 5.0

一类具有恒定交流电压输出和负载无关特性的EF类谐振逆变器

A Family of Class EF Resonant Inverters With Constant AC Voltage Output and Load-Independent Characteristics

作者 Yi Cheng · Yueshi Guan · Tingting Yao · Jiachao Zong · Yijie Wang · Dianguo Xu
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 系统并网技术
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 EF类谐振逆变器 恒交流电压输出 负载无关特性 二阶谐振网络 零电压开关
语言:

中文摘要

本文提出了一类具有恒定交流电压输出和负载无关特性的 EF 类谐振逆变器。此外,总结了 EF 类谐振拓扑的设计原理及其负载无关特性。通过二阶谐振网络可实现开关上的低电压或电流应力。此外,还介绍了共地 E/F 类谐振逆变器及其负载无关的设计流程。所提出的逆变器可在较宽的负载范围内实现恒定交流电压输出和零电压开关。为验证理论分析,搭建了 1 MHz 的实验样机,峰值效率达到 93.4%。

English Abstract

A family of Class EF resonant inverters with constant ac voltage output and load-independent characteristics is proposed in this article. Moreover, the design principle of Class EF resonant topologies and their load-independent characteristics are concluded. The low voltage or current stress across the switch can be achieved by the second-order resonant network. Furthermore, the common-ground Class E/F resonant inverter and its load-independent design procedure are introduced. Constant ac voltage output and zero-voltage switching can be achieved by the proposed inverter for a wide load range. To validate the theoretical analysis, the 1-MHz experimental prototype is built and the peak efficiency is 93.4%.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项EF类谐振逆变器技术呈现出显著的应用潜力,特别是在高频化、高功率密度的新能源变换系统领域。

该技术的核心价值在于通过二阶谐振网络实现了恒定交流电压输出和负载独立特性,这与我司在光伏逆变器和储能系统中追求的宽负载范围适应性高度契合。在分布式光伏和户用储能场景中,负载波动频繁,传统逆变器需要复杂的控制策略来维持输出稳定性,而该技术通过拓扑本身的特性实现负载独立运行,可显著简化控制系统,降低DSP运算负担,提升系统可靠性。

零电压开关(ZVS)特性对于我司高频逆变器产品线具有重要意义。在第三代半导体器件(如SiC/GaN)的应用中,软开关技术能够充分发挥器件的高频特性,降低开关损耗,93.4%的峰值效率在1MHz工作频率下表现优异,这为我司开发超高功率密度的便携式储能产品和车载电源系统提供了技术路径。

然而,该技术当前仍处于实验室验证阶段,向工业化应用转化面临挑战。首先,1MHz的高频运行对磁性元件设计和EMI抑制提出严苛要求;其次,论文未充分讨论效率在全负载范围内的表现,这对实际应用至关重要;第三,共地结构虽然简化了设计,但在大功率场景下的热管理和安全隔离需要深入评估。

建议我司技术团队关注该技术在氢能电解电源、电动汽车OBC等高频化应用场景的适配性,同时评估将其谐振控制思想融入现有产品平台的可行性,以保持技术领先优势。