采用CDD辅助电路的单向隔离谐振开关电容变换器

Unidirectional Isolated Resonant Switched Capacitor Converter With CDD Auxiliary Circuit

查看原文 · IEEE Xplore DOI: 10.1109/TIA.2025.10882973

作者	Yan Liu · Xiaofeng Yang · Wentao Mu · Haixia Tan · Trillion Q. Zheng · Seiki Igarashi
期刊	IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期	2025年2月
技术分类	系统并网技术
技术标签	DC-DC变换器
相关度评分	★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词	单向隔离谐振开关电容变换器 CDD辅助电路电压振荡电压自平衡效率

语言:

中文摘要

为满足高压应用中直流 - 直流转换器的需求，本文提出了一种单向隔离谐振开关电容转换器（UI - RSCC）。此外，采用 CDD 辅助电路来抑制电压振荡并消除占空比损失。实现了直流电容器的电压自平衡，从而简化了控制。通过复用部分开关器件，减少了所需的开关器件数量。首先，介绍了 UI - RSCC 拓扑结构。在分析寄生电容和占空比损失的基础上，将 CDD 辅助电路引入 UI - RSCC 以抑制电压振荡，并讨论了其工作原理和软开关条件。最后，通过仿真和实验验证了该拓扑结构和控制方法的合理性和有效性。结果表明，与 U - IRSCC 相比，采用 CDD 辅助电路后平均效率提高了 0.39%。

English Abstract

To cope with the requirement of DC-DC converters in the high voltage applications, a unidirectional isolated resonant switched capacitor converter (UI-RSCC) is proposed in this paper. Furthermore, the CDD auxiliary circuit is employed to suppress the voltage oscillation and eliminate duty ratio loss. Voltage self-balancing is achieved of the DC capacitors, which simplify the control. The required switching devices are reduced by multiplexing parts of switching devices. First, the UI-RSCC topology is introduced. Based on the analysis of parasitic capacitance and duty ratio loss, CDD auxiliary circuit is introduced to UI-RSCC to suppress the voltage oscillation, the operation principle and soft switching conditions are discussed. Finally, the rationality and effectiveness of the topology and control method are verified through simulation and experiments. The results showed that compared to U-IRSCC, the average efficiency increases by 0.39% with the adoption of CDD auxiliary circuit.

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看，这项单向隔离谐振开关电容变换器技术具有显著的应用价值。该技术通过CDD辅助电路有效抑制电压振荡并消除占空比损耗，在高电压应用场景中展现出独特优势，这与我司光伏逆变器和储能系统的核心技术需求高度契合。

在光伏发电领域，该技术的电压自平衡特性可简化控制系统设计，降低多电平逆变器的控制复杂度。特别是在1500V高压光伏系统中，隔离谐振拓扑能够提升系统可靠性，而通过器件复用减少开关器件数量，可直接降低系统成本和故障点。0.39%的效率提升看似微小，但在大型光伏电站的全生命周期中，将带来可观的发电量增益和投资回报率改善。

对于储能系统业务，该技术在电池储能变流器（PCS）中的应用潜力更为突出。高压储能系统需要在宽电压范围内实现高效双向功率转换，虽然论文聚焦单向变换，但其谐振软开关技术和电压自平衡机制为双向拓扑改进提供了理论基础。这对提升储能系统循环效率、延长电池寿命具有实际意义。

技术挑战方面，CDD辅助电路的引入增加了系统复杂度，需要评估在极端工况下的可靠性。谐振参数设计对寄生参数敏感，批量生产中的一致性控制是工程化关键。建议我司技术团队重点关注该技术在高压大功率场景的扩展性验证，并探索与现有SiC/GaN宽禁带器件技术的协同优化，以形成差异化竞争优势。从技术成熟度看，该方案已具备实验验证基础，适合纳入中期技术储备路线图。