高压母线和高压器件广泛应用在直流特种电源中,SiC器件禁带宽度高,性能参数(FOM)比Si器件更低,因而在1 kV以上的高压应用中优势明显。此外SiC MOSFET寄生电容更小,可以工作在更高的开关频率。本文针对脉冲功率变换器输入为低压,输出为高压大电流脉冲,工作在高温、高中子、离子辐射的环境下,并且对可靠性要求很高,需要50%~75%的电压降额。SiC器件耐压高,禁带宽度大,可以有效提高变换器的辐射稳定性。然而,传统拓扑的电压应力高,使用现有商用的SiC MOSFET不能提供所需的电压裕度。针对上述问题,本文提出了一种堆叠电容脉冲变换器拓扑,大幅减小开关管和电容的电压应力,提高电压裕量。该方案的主要思想为,用堆叠的低压电容代替单个高压电容产生高压脉冲,因此可以使用现有的SiC器件,提高电压裕量。主要方法为:堆叠电容器快速并联充电,串联高压放电。另一方面,所提拓扑开关频率更高,大幅减小了磁性元件的体积与重量。基于理论分析,完成了一台18~28 V输入,1 kV/100 A脉冲输出,开关频率300 kHz的样机,使用650 V的SiC开关管,开关管与电容电压应力比传统变换器减小75%。为实现高效率和高功率密度,针对1 kV高压输入应用,本文提出矩阵平面变压器的SiC LLC谐振变换器。SiC MOSFET在高压1 kV输入时,开关速度达到140 ns,dv/dt达到11.8 kV/μs,因而高频平面变压器原副边间的寄生电容流过较大的位移电流。这种位移电流会使谐振电流产生严重的畸变,使得开关管无法实现ZVS,产生很高的开关损耗。为了解决这个问题,本文提出分离谐振腔LLC拓扑。LLC谐振腔分离为两个相同的谐振腔,阻抗相同,谐振电流对称,因此可以避免大幅减小电流畸变,所有的开关管都实现ZVS。另一方面,对变压器的匝间电容进行建模,并提出了减小电容的夹绕方案,使得波形畸变减小68%。所提拓扑被应用在1 kV输入,32 V/3 kW输出的实验样机中,在300kHz,满载工作时,效率高达94.9%。48 V/4 kW输出工程样机,在满载工作时,效率达到95.9%,功率密度达到3.87 kW/L(63.4 W/in3),4.11 kW/kg。