Un convertidor DC-DC aislado de dos etapas per a aplicacions de càrrega de bateries

     Aquest article proposa i analitza un convertidor CC-CC aïllat de dues etapes per a aplicacions de càrrega de vehicles elèctrics, on es requereix una alta eficiència en un ampli rang de tensions de bateria. El circuit de conversió propost inclou una primera etapa d'aïllament amb dos outputs amb estructura resonant CLLC i una segona etapa reguladora buck amb dos inputs. La transformació de la primera etapa s'ha dissenyat de manera que les seves dues tensions de sortida corresponguin, idealment, a la tensió mínima i màxima esperada per a la bateria. Després, la segona etapa combina les tensions proporcionades per l'anterior etapa d'aïllament per regular la tensió de sortida del convertidor sencer. La primera etapa sempre funciona en ressonància, amb la única funció de proporcionar aïllament i ratios de conversió fixos amb mínimes pèrdues, mentre que la segona etapa permet la regulació de la tensió de sortida en un ampli rang de tensions de bateria. En general, es demostra que la solució presenta una alta eficiència de conversió en un ampli rang de tensions de sortida.

1.Introducció.

    El transport elèctric està guanyant terreny en molts països degut a les preocupacions creixents sobre les emissions globals de gasos d'efecte hivernacle i el subministrament i esgotament de combustibles fòssils. Aquests problemes han impulsat recentment el creixement exponencial de la demanda de vehicles elèctrics (VE). Aquesta gran demanda, juntament amb l'estrès per aconseguir més autonomia i reduir el temps de càrrega, està fent que les noves generacions de VE implementin capacitats de bateria més grans i taxes de càrrega més elevades. Com a conseqüència, són necessàries noves estacions de càrrega de VE per a subministrar més potència, més ràpidament que mai.

2.Estructura i principi de funcionament.

    Com es mostra en la Fig., el convertidor de dues etapes propost consta d'una primera etapa d'aïllament basada en un convertidor resonant LLC, i una segona etapa de post-regulació basada en un convertidor buck.   Aquest post-regulador és responsable de la regulació de la tensió de sortida i es subministra mitjançant un convertidor DCX d'alta eficiència amb dues tensions secundàries V1 i V2.   De la Fig., és clar que la tensió de stress del post-regulador, és a dir, V1−V2, és menor que la tensió de sortida Vo, el que permet dispositius de commutació amb resistència en condició d'encert més petita, així com pèrdues de commutació més baixes.

3.Disseny de l'etapa LLC operada com a DCX.

     Quan el tanque resonant LLC es fa funcionar a la freqüència de ressonància, la raó de conversió de tensió es converteix, idealment, independent de la càrrega real. En altres paraules, el convertidor LLC manté una raó de conversió de tensió constant i ajusta la seva corrent automàticament, segons les condicions de càrrega, comportant-se com un DCX. En aquesta condició de funcionament, el LLC mostra la seva màxima eficiència, amb un flux mínim de potència reactiva i condicions de commutació a tensió zero (ZVS) i corrent zero (ZCS) sempre satisfetes . Notablement, l'operació DCX del LLC no requereix un inductor resonant extern, ja que el guany de conversió és fix. Una solució equivalent basada en un FB-LLC resonant dissenyat per funcionar en el mateix ampli rang de tensions de sortida es preveu que mostri pèrdues més elevades que el LLC en condicions permanentes de DCX.

4.Conclusió

     S'han informat experimentalment prestacions de conversió que cobreixen tots els rangs de potència i tensió, mostrant una alta eficiència en un ampli rang de condicions d'operació, amb un rendiment màxim del 98,63% a una tensió de sortida de 500V i una potència transferida de 7kW.   En les aplicacions finals, es poden considerar connexions en sèrie o paral·lel de diversos mòduls per escalar les valoracions de tensió o corrent de la implementació final, gràcies a la sortida aïllada.   Els estudis futurs podrien incloure controladors en línia per a la modulació òptima del convertidor i procediments per al disseny òptim dels components del convertidor, com els inductors TBB de sortida.

Font: IEE-Business Xplore

Declaració: Respecteu l'original, els bons articles mereixen ser compartits, si hi ha infracció contacteu per a eliminar