對(duì)電動(dòng)汽車的需求日益增加，主要是由于化石燃料儲(chǔ)量減少。此外，選擇電動(dòng)汽車是經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)樗枰俚倪\(yùn)行成本，而且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成損害。考慮到這些事實(shí)，提高電池和組件的效率是合乎邏輯的。其中一種方法是在電源轉(zhuǎn)換器中使用寬帶隙、氮化鎵和碳化硅代替硅，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器會(huì)造成巨大的功率損耗。

最近有研究表明，與 SiC 相比，GaN 晶體管的開(kāi)關(guān)功率損耗更低，因此效率更高。由于功率密度對(duì)于通用 DC-DC 轉(zhuǎn)換器、PEV 中的電力電子轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要，并且橫向結(jié)構(gòu)的商用 GaN 晶體管由于功率限制較高而無(wú)法使用。
使用通用轉(zhuǎn)換器后，使用的模塊數(shù)量將會(huì)減少，從而提高功率密度和可靠性，幫助我們提高 PEV 的效率和設(shè)計(jì)。為了解決橫向 GaN 晶體管的限制，可以在 PEV 中采用多相拓?fù)鋪?lái)應(yīng)用通用直流-直流轉(zhuǎn)換器。然而，這會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題。問(wèn)題在于，具有高相數(shù)的多相轉(zhuǎn)換器不適用于電力電子。

為了解決這些問(wèn)題，我們研究了一種新型兩相交錯(cuò)雙向升壓轉(zhuǎn)換器，其中一個(gè)相基于 GaN，而另一個(gè)相基于 SiC。其背后的原理是僅使用基于 GaN 的相進(jìn)行 1-15Kw 范圍內(nèi)的功率轉(zhuǎn)換。另一個(gè)相提供超過(guò) 15kw 功率的轉(zhuǎn)換。

現(xiàn)代應(yīng)用（如多輸入和零電壓開(kāi)關(guān)）使用多相拓?fù)湓趦上嘀g共享電流，電源轉(zhuǎn)換器也使用同樣的技術(shù)。然而，與其他轉(zhuǎn)換器不同，本設(shè)計(jì)使用不同類型的有源器件。轉(zhuǎn)換器的配置如圖 1 所示。

圖1 SiC-GaN基轉(zhuǎn)換器布局

人們可能會(huì)認(rèn)為，由于這種配置的電流共享不匹配，電流較大的二極管溫度會(huì)更高，最終會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定。雖然由于雙向拓?fù)洌闆r并非如此，但轉(zhuǎn)換器的兩側(cè)都是晶體管。此外，由于不需要體二極管和反并聯(lián)二極管，這項(xiàng)技術(shù)被證明是一個(gè)巨大的進(jìn)步。

為了設(shè)計(jì)電感器，重要的是要考慮轉(zhuǎn)換器的傳導(dǎo)模式，在本例中將其設(shè)置為連續(xù)的。考慮到這一點(diǎn)，可以按照公式 1 所示計(jì)算電感器的數(shù)量：

等式 1

這里，Vo 是直流總線電壓，Vin 是電池電壓，?fs 是開(kāi)關(guān)頻率，IL(min) 是最小電感電流。由于最小電流僅由 GaN 相提供，因此與單相轉(zhuǎn)換器相比，小電感尺寸沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，高壓電容可按公式 2 計(jì)算：

等式 2

一、模型的數(shù)學(xué)計(jì)算

 我們研究了間隔以獲得轉(zhuǎn)換器的數(shù)學(xué)模型。因此，我們分析了升壓模式，其中需要相當(dāng)于 2 的電壓比（Vin = 300 [V] 和 Vo = 600 [V]）。升壓轉(zhuǎn)換器的占空比及其電壓比如下所示：

等式 3

在上式中，η 是轉(zhuǎn)換器的效率。由于效率始終小于 1，因此轉(zhuǎn)換器的占空比大于 50%。另一方面，交錯(cuò)式兩相轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)關(guān)命令具有 T/2 的時(shí)間偏移，其中 T = 1/fs 是時(shí)間周期。考慮到這一點(diǎn)，可能的電感器電流如下所示：

圖2 電感電流