燃料电池车用大功率软开关Boost变换器实现调节

1、引言

燃料电池车动力系统中常需要一个大功率DC/DC变换器将燃料电池与动力驱动系统及能量存储系统连接以实现功率调节，且该大功率DC/DC变换器升压比一般不大，通常无需隔离。综合分析现有DC/DC变换器结构，非隔离Boost变换器结构简洁、效率较高、输入电流连续，非常适用于燃料电池车功率调节。

但在传统大功率硬开关变换器中，IGBT关断时存在电流拖尾现象，关断损耗非常严重。传统软开关大都应用谐振原理，使功率管中的电流(电压)按正弦或准正弦规律变化。当电流自然过零或电压为零时，使功率管导通或关断，从而减少功率管开关损耗。

这里针对大功率IGBT的关断损耗问题提出一种新型软开关Boost变换器，有效减小了主功率管的关断损耗，实现了辅助功率管的零电压、零电流开关。且与其他软开关Boost变换器相比，该变换器电路简单、体积小、重量轻、效率高，可在全负载范围内可靠工作，非常适用于燃料电池车。

2、电容缓冲软开关Boost变换器

2.1、电路结构

对于采用IGBT的大功率Boost变换器，功率管的关断损耗通常远大于其开通损耗。采用反向恢复电流几乎为零的SiC二极管可有效减小功率管开通损耗。电容缓冲软开关主要用来解决Boost变换器中主功率管V1的关断损耗。在V1关断过程中，电容缓冲电路减缓了V1的电压上升率，减小了V1关断时的电流拖尾，从而有效减小了V1的关断损耗。图1为电容缓冲软开关Boost变换器。其中，VD1为主二极管，L1为主升压电感，C1为输出滤波电容。电容缓冲电路由辅助开关管V2和V3、辅助二极管VD2和VD3、缓冲电容C2组成。

图2示出电容缓冲软开关Boost变换器的主要工作波形

2.2、软开关实现条件

可见，该软开关实现条件非常简单，只要保证V2，V3在V1关断前导通，而且在V1再次导通前关断即可。V2，V3采用恒定占空比实现C2充电(V3导通)和放电(V2导通)，V1关断时间与V2，V3的导通时间保持同步，通过调节V1的开通时间即可调节其占空比。