← 返回
一种具有宽负载范围、自驱动同步整流和零纹波输出电流的全软开关半交错超高压降比变换器
A Fully Soft-Switching Semiinterleaved Ultrahigh Step-Down Converter With Wide Load Range, Self-Driven SR, and Zero-Ripple Output Current
| 作者 | Mahdi Sadeghi · Ehsan Adib |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年11月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 工商业光伏 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 直流-直流转换 半交错非隔离拓扑 软开关技术 脉冲频率调制 转换效率 |
语言:
中文摘要
在工业直流 - 直流电源转换应用中,实现转换器的高效率和小尺寸至关重要。为解决这些问题,本文通过采用耦合电感和谷底填充结构,引入了一种新型半交错式非隔离拓扑。该方法可确保输出电流连续且纹波为零,从而减小了输出滤波器的尺寸。此外,通过采用软开关技术,转换器能够在更高频率下运行,并适应大范围的负载变化。采用脉冲频率调制(PFM)控制器可维持零电压开关(ZVS),并通过改变频率来提高转换比。同时,自驱动同步整流器(SR)在零电压开关条件下导通和关断,谷底填充二极管在零电流开关(ZCS)条件下关断,从而降低了开关损耗、二极管损耗和反向恢复损耗,最终提高了转换器的效率。制作了一台输入 300 V、输出 24 V/12 A 的所提转换器样机,以验证其性能和理论分析,结果表明该转换器在满载到轻载范围内效率均高于 97%。
English Abstract
In industrial dc-dc power conversion applications, achieving high efficiency and small size in converters is crucial. To address these issues, this article introduces a novel semiinterleaved non-isolated topology by employing coupled inductors and a valley-fill structure. This method ensures continuous output current with zero-ripple, which reduces the size of the output filter. Additionally, by implementing soft switching techniques, the converter can operate at higher frequencies and accommodate a wide range of load variations. The utilization of a pulse frequency modulation (PFM) controller sustains zero-voltage switching (ZVS) and improves the conversion ratio by changing frequency. Also, self-driven synchronous rectifiers (SRs) turn ON and OFF under ZVS circumstances, and valley-fill diodes turn OFF under zero-current switching (ZCS) conditions, thereby lowering switching, diode, and reverse recovery losses, ultimately enhancing converter efficiency. A 300-V to 24-V/12-A prototype of the proposed converter is implemented to verify the performance and the theoretical analysis which results in efficiency higher than 97% from full load to light load.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项半交错超高降压变换器技术在光伏储能系统的直流变换环节具有显著应用价值。该技术通过耦合电感和谷填充结构实现零纹波输出电流,这与我司储能系统对电能质量的严苛要求高度契合,可有效降低输出滤波器体积,提升系统功率密度。
技术的核心优势在于全软开关特性和宽负载范围适应性。在光伏发电场景中,输入电压波动频繁,该拓扑采用脉冲频率调制(PFM)控制实现零电压开关(ZVS),配合自驱动同步整流器和零电流开关(ZCS)二极管,可在满载至轻载范围内保持97%以上的高效率。这对我司户用储能和工商业储能产品的全天候高效运行意义重大,特别是在光照条件变化导致的宽功率波动工况下。
从应用场景看,300V至24V的大降压比特性与光伏组串电压向电池管理系统供电、直流母线向车载充电模块降压等需求高度吻合。该技术可直接应用于我司储能变流器的DC-DC变换级,以及氢能系统的电解槽供电模块,减少多级变换损耗。
技术成熟度方面,原型验证已达到工业应用标准,但需关注耦合电感的设计复杂度和成本控制问题。建议我司技术团队重点评估该拓扑在高功率等级(10kW以上)的扩展性,以及与现有产品平台的兼容性。若能突破磁性元件的标准化设计瓶颈,该技术有望成为下一代高效能量转换系统的核心模块,强化我司在新能源电力电子领域的技术领先优势。