信息学院王浩宇组提出800V电动汽车车顶光伏充电新方案

随着电动汽车逐步走向高压化与智能化，车顶光伏作为未来绿色能源补充的重要手段，正受到越来越多的关注。该系统对DC/DC变换器提出了“高升压比、低输入纹波、电气隔离、高效率”四大要求。然而，传统的高增益变换器往往在器件数量、控制复杂性、系统损耗等方面存在明显不足，难以兼顾性能与实现难度。

图1 车顶光伏充电系统

为解决上述问题，上海科技大学信息科学与技术学院智慧电气科学中心王浩宇教授团队提出了一种适用于车顶光伏充电系统的单级高升压比谐振变换器拓扑。该拓扑基于电流型输入结构，采用两相交错工作的准谐振拓扑，实现了纹波电流抑制、谐振软开关和极简器件数量的有机统一。

图2 低电流纹波高升压比谐振转换器拓扑示意图

相比传统全谐振结构，本方案利用MOSFET漏感与并联电容在开关周期中局部谐振，实现了主功率开关的零电压开通（ZVS）和整流二极管的零电流关断（ZCS），显著降低开关损耗。二次侧引入的并联电容则进一步增强了升压能力，支持低变比磁件实现800 V输出。由于仅需4个半导体器件、3个磁性元件，整体结构简单，控制驱动电路低复杂度，极具工程实现潜力。

研究团队从时域出发，构建了精确的分段工作模态解析模型，并结合MATLAB数值计算，揭示了谐振电流、电容电压等关键波形的变化规律，进一步明确了ZVS/ZCS实现边界与拓扑增益范围。为验证理论与设计的可行性，团队搭建了一套700 W、285–303 kHz的车顶光伏变换器实验平台，输入电压16–18 V，输出电压800 V。在满载条件下，系统峰值效率高95.56%。

图3 实验样机

研究成果以“Low Current Ripple High-Boost Ratio Resonant Converter for Vehicle-Integrated PV Modules”为题，发表在IEEE Transactions on Power Electronics上。信息学院2023级硕士生吴宜涵为论文第一作者，王浩宇教授为通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。

论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11086419