En to-trins DC-DC isoleret konverter til batteriladning anvendelser

     Denne artikel foreslår og analyserer en totrins DC-DC-isoleret konverter til opladning af elektriske køretøjer, hvor høj effektivitet over et bredt batterispændingsområde er nødvendig. Den foreslåede konverteringssirkuit består af en første to-udgangs isoleringsfase med CLLC-resonant struktur og en anden to-indgangs buck-regulator. Transformeren i den første fase er designet således, at de to udgangsspændinger svarer, ideelt set, til det minimum og maksimum forventede spænding, der skal leveres til batteriet. Herefter kombinerer den anden fase de spændinger, der leveres af den tidligere isoleringsfase, for at regulere outputspændingen for hele konverteren. Den første fase drives altid ved resonans, med den eneste funktion at give isolation og faste konverteringsforhold med minimale tab, mens den anden fase tillader outputspændingsregulering over et bredt område af batterispændinger. I alt viser det sig, at løsningen har høj konverterings-effektivitet over et bredt område af outputspændinger.

1.Introduktion.

    Elektrisk transport vinder mere og mere indpas i mange lande på grund af stigende bekymring for globale drivhusgasemissioner og fossile brændstofressourcer. Disse bekymringer har senest skabt en eksponentiel vækst i efterspørgslen efter elektriske køretøjer (EV'er). Denne høje efterspørgsel kombineret med stræben efter længere rækkevidde og kortere opladningstid driver nye generationer af EV'er, der implementerer højere batterikapaciteter og opladningshastigheder. Derfor er der behov for nye EV-opladningsstationer, som kan levere mere strøm hurtigere end nogensinde før.

2.Struktur og funktionsprincip.

    Som vist på figur, består den foreslåede totrinskonverter af en første isolationsfase baseret på en LLC-resonant konverter, og en anden post-regulator fase baseret på en buck-konverter. Denne post-regulator er ansvarlig for outputspændingsregulering og er forsynet via en højeffektiv to-udgangs DCX-konverter med sekundære spændinger V1 og V2. Fra figuren er det klart, at spændingsbelastningen på post-regulator, nemlig V1-V2, er lavere end outputspændingen Vo, hvilket tillader switching-enheder med mindre on-resistance samt lavere switching-tab.

3.Design af LLC-fase, der opererer som DCX.

     Når LLC-resonant tanken drives ved resonansfrekvensen, bliver spændingskonverteringsforholdet idealt uafhængigt af den faktiske belastning. Med andre ord, LLC-konverteren opretholder et konstant spændingskonverteringsforhold og justerer sin strøm automatisk ifølge belastningsforholdene, og opfører sig som en DCX. Under denne driftsforhold viser LLC sin maksimale effektivitet, med minimal reaktiv effekt og nul-spændings-switching (ZVS) og nul-strøm-switching (ZCS) betingelser, der altid er opfyldt. Bemærkelsesværdigt er, at DCX-driften af LLC ikke kræver en ekstern resonant induktor, da konverteringsforholdet er fast. En ækvivalent løsning baseret på en resonant FB-LLC, der er designet til at fungere over samme bredt spændingsområde, forventes at vise højere tab end LLC under permanente DCX-betingelser.

4.Konklusion

     Konverteringsydelser, der dækker hele effekt- og spændingsområdet, er rapporteret eksperimentelt, og viser høj effektivitet over et bredt område af driftsbetingelser, med en top-effektivitet på 98,63% ved 500V outputspænding og 7 kW overført effekt. I slutanvendelser kan serie- eller parallelforbindelser af flere moduler overvejes for at skala spændings- eller strømniveauerne for den endelige implementering, takket være den isolerede output. Fremtidige studier kan inkludere online-kontroller for optimal konvertermodulation og procedurer for optimal design af komponenterne i konverteren, som f.eks. output TBB-induktoren.

Kilde: IEEE Xplore

Erklæring: Respekt for original, godt artikel værd at dele, hvis der er overskridelse kontakt slet