1、引言

燃料電池車動(dòng)力系統(tǒng)中常需要一個(gè)大功率DC/DC變換器將燃料電池與動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及能量存儲(chǔ)系統(tǒng)連接以實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)，且該大功率DC/DC變換器升壓比一般不大，通常無需隔離。綜合分析現(xiàn)有DC/DC變換器結(jié)構(gòu)，非隔離Boost變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、效率較高、輸入電流連續(xù)，非常適用于燃料電池車功率調(diào)節(jié)。

但在傳統(tǒng)大功率硬開關(guān)變換器中，IGBT關(guān)斷時(shí)存在電流拖尾現(xiàn)象，關(guān)斷損耗非常嚴(yán)重。傳統(tǒng)軟開關(guān)大都應(yīng)用諧振原理，使功率管中的電流(電壓)按正弦或準(zhǔn)正弦規(guī)律變化。當(dāng)電流自然過零或電壓為零時(shí)，使功率管導(dǎo)通或關(guān)斷，從而減少功率管開關(guān)損耗。

這里針對(duì)大功率IGBT的關(guān)斷損耗問題提出一種新型軟開關(guān)Boost變換器，有效減小了主功率管的關(guān)斷損耗，實(shí)現(xiàn)了輔助功率管的零電壓、零電流開關(guān)。且與其他軟開關(guān)Boost變換器相比，該變換器電路簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、效率高，可在全負(fù)載范圍內(nèi)可靠工作，非常適用于燃料電池車。

2、電容緩沖軟開關(guān)Boost變換器

2.1、電路結(jié)構(gòu)

對(duì)于采用IGBT的大功率Boost變換器，功率管的關(guān)斷損耗通常遠(yuǎn)大于其開通損耗。采用反向恢復(fù)電流幾乎為零的SiC二極管可有效減小功率管開通損耗。電容緩沖軟開關(guān)主要用來解決Boost變換器中主功率管V1的關(guān)斷損耗。在V1關(guān)斷過程中，電容緩沖電路減緩了V1的電壓上升率，減小了V1關(guān)斷時(shí)的電流拖尾，從而有效減小了V1的關(guān)斷損耗。圖1為電容緩沖軟開關(guān)Boost變換器。其中，VD1為主二極管，L1為主升壓電感，C1為輸出濾波電容。電容緩沖電路由輔助開關(guān)管V2和V3、輔助二極管VD2和VD3、緩沖電容C2組成。

圖2示出電容緩沖軟開關(guān)Boost變換器的主要工作波形

2.2、軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)條件

可見，該軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)條件非常簡(jiǎn)單，只要保證V2，V3在V1關(guān)斷前導(dǎo)通，而且在V1再次導(dǎo)通前關(guān)斷即可。V2，V3采用恒定占空比實(shí)現(xiàn)C2充電(V3導(dǎo)通)和放電(V2導(dǎo)通)，V1關(guān)斷時(shí)間與V2，V3的導(dǎo)通時(shí)間保持同步，通過調(diào)節(jié)V1的開通時(shí)間即可調(diào)節(jié)其占空比。