摘要
随着能源危机和环境问题的日益严重，新能源成为了近年来研究的热点，已经在光伏并网，风力发电，电动汽车等领域得到了大力发展。而双向DC-DC变换器作为新能源开发利用的重要电能转换设备，主要负责电能存储和释放的双向传输，在实际应用中具有巨大的研究价值。双向非隔离型交错并联DC-DC变换器由于电流纹波小，容量大，功率密度高等优点受到了广泛关注，然而变换器中开关仍处于硬开关状态，开关损耗较大，且随着SiC器件的广泛应用，开关频率进一步提升，使开关损耗大幅增加，导致变换器的效率降低。为此，本文主要对采用SiCMOSFET的双向非隔离型交错并联DC-DC变换器的软开关技术展开研究。 首先，本文以两相双向Buck/Boost变换器为核心，分析并对比了变换器在电流连续状态(CCM)、电流断续状态(DCM)以及电流临界连续状态(CRM)下的特性，并对其在CRM下工作原理进行了详细介绍。通过对交错并联DC-DC变换器现有软开关技术进行归纳总结，可知现有的软开关技术中，存在辅助单元与各相电路需要“一一对应”或仅能实现两相电路的软开关，造成电路结构冗余且无法满足功率扩展对软开关技术需求的问题，因此本文提出了一种应用于N相交错并联结构的新型公用有源辅助零电压转换(ZVT)单元，实现了多相电路的软开关并支持相数扩展。相比于现有的辅助软开关单元，不仅实现了辅助单元的分时复用，提高了辅助单元利用率，而且在不增加主回路功率器件电压电流应力条件下，辅助器件具有更低的电压电流应力，有效降低了辅助单元的体积和损耗，提高了变换器的功率密度与效率。文中详细论述了该辅助ZVT单元的工作原理，并分析了半导体器件上的电压电流应力，辅助开关管导通时间以及软开关范围等各种特性。其次给出了主回路与辅助单元回路参数设计原则与具体器件选型。另外，本文采用了一种CRM和DCM相结合的混合控制方法，避免了变换器工作在轻载下开关频率过高，致使效率下降的问题。此外，对主回路和辅助单元中各元器件上的损耗进行了详细的理论计算与分析，可知辅助单元中功率损耗较小，使得变换器可以获得较高的效率。 最后通过仿真和搭建基于SiC器件的两相功率为800W的实验样机来验证所设计的可行性。实验结果与理论分析基本一致，且该样机具有较高的效率，其峰值效率在Boost和Buck模式下分别达到了97.8％和97.6％。
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