摘要：燃料电池车是一种变换器；燃料电池车；软开关

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①电路中所有元件都是理想的；②L1足够大，在一个开关周期中，其电流基本保持IL1不变；③C1足够大，在一个开关周期中，输出电压的纹波可忽略，输出电压基本保持为Uo。基于上述假设，该电路每一个软开管工作周期可分为以下8个状态：

    状态1(t0～t1) t0时刻前，V1导通，V1的端电压uV1=0，电流iV1=IL1，V2，V3和C2的端电压uV2，uV3，uC2和电流iV2，iV3，iC2均为零。t0时刻，V3零电压导通，V3导通并不影响电路正常工作；

    状态2(t1～t2) t1时刻，V1关断。由于V3导通，IL1一部分流过V1，一部分流过VD2，V3为C2充电，直到C2充电到Uo。这一充电行为减小了V1的拖尾电流，减缓了uV1上升率，大大减小了其关断损耗。此期间uV3=0，uV2随uV变化，一直上升到Uo；

    状态3(t2～t3) t2时刻，V3零电压、零电流关断，V3关断并不影响电路正常工作；

    状态4(t3～t4) t3时刻，V1开通，V1开通过程不受缓冲电路影响，开通过程中，uV3仍保持为零，uV2随uV1下降到零，uC2维持不变；

    状态5(t4～t5) t4时刻，V2零电压导通，V2导通并不影响电路正常工作；

    状态6(t5～t6) t5时刻，V1再次关断，由于V2导通，IL1一部分流过V1，一部分流过V2，C2，VD3向负载放电，直到uC2=0。C2放电不但①为减小辅助器件传导损耗，应尽量减小C2；②为*大限度减小V1关断损耗，C2必须足够大，足以减缓V1关断时的电压上升率。设uV1的期望上升时间为△tdes，则有：

    C2=Imax△tdes／Umax       (1)

    式中：Imax，Umax分别为V1的*大电流、电压。

3 实验

    为**了解电容缓冲软开关电路，设计并制作了一台开关频率60 kHz、功率20 kW的电容缓冲软开关Boost变换器。为设计调试方便，V1，V2和V3均选用IGBT模块CM300DU-12NFH，该模块*大集一射极电压600 V，*大集电极电流300 A，模块内部寄生电感低，开关频率可达60 kHz。VD1，VD2和VD3均选用C3D20060D SiC二极管，其额定电压、电流为600 V，20 A，反向恢复近似为零。L1=250μH，C1=300μF，△tdes= 0．5μs，C2=0．15μF。

    实验样机软开关采用微控制器ATMega128实现。采集变换器输入电流并将其转换为0～5 V的电压信号送微控制器A／D口，微控制器以此来改变V1占空比。V2，V3的占空比固定为常数，其导通时间稍大于△tdes即可。V1关断前令V2，V3控制信号有效，V2，V3的控制信号彼此互差180°。C2充电或放电后，V2，V3导通不会对电路带来任何副作用，只要其在V1再次导通前关断就行。

    图3a为电容缓冲软开关Boost变换器中V1电压、电流波形，可见，V1关断时，其端电压上升速率减缓。图3b为V1关断时的详细电压、电流波形。可见，电容缓冲电路减小了V1的拖尾电流，减缓了V1关断时的电压上升率，从而减小了V1的关断损耗。实验结果进一步验证了电容缓冲软开关电路的性能，且与理论分析结果一致。

4 结论

    研究设计了一种用于燃料电池车的新型电容缓冲软开关大功率Boost变换器，该变换器采用电容缓冲软开关电路，大大减小了主功率管的关断损耗，同时采用零反向恢复碳化硅二极管，减小了主功率管导通损耗。与软开关变换器不同，电容缓冲软开关电路省去了笨重的附加电感，仅附加了两个绝缘栅双极型晶体管、两个二极管和一个电容。该变换器电路设计简单，控制容易，体积小，重量轻，效率高，非常适用于燃料电池车、蓄电池电动车及不间断电源系统。