Kaksivaiheinen DC-DC-eristetty muuntaja akkulaaturien ladattamiseen

     Tässä artikkelissa ehdotetaan ja analysoidaan kaksivaiheista DC-DC-eristettyä muuntimaa sähköautojen lataussovelluksiin, joissa vaaditaan korkeaa tehokkuutta laajalla akkujen jännitesiirtoalueella. Ehdotettu muunnospiiri koostuu ensimmäisestä kahdensyöteisestä eristysvaiheesta CLLC-resonanssirakenteella ja toisesta kahdensyöteisestä buck-sääntelijästä. Ensimmäisen vaiheen muuntaja on suunniteltu siten, että sen kaksi ulosjäävää jännitettä vastaavat ideaalisesti pienintä ja suurinta odotettua jännitettä, joka syötetään akkuun. Tämän jälkeen toinen vaihe yhdistää edellisen eristysvaiheen tarjoamat jännitteet säätelemään koko muuntimen ulosjäävää jännitettä. Ensimmäinen vaihe toimii aina resonanssissa, sen ainoa tehtävä on tarjota eristys ja vakio muunnossuhde mahdollisimman pienillä tappioilla, kun taas toinen vaihe sallii ulosjäävän jännitteen säännön laajalla akkujen jännitesiirtoalueella. Yleisesti ottaen on osoitettu, että ratkaisulla on korkea muunnostehokkuus laajalla ulosjäävien jännitteiden alueella.

1.Johdanto.

    Sähköinen liikenne on saavuttamassa asemaansa monissa maissa kasvavien huolenaiheiden vuoksi globaaleista kasvihuonekaasu päästöistä ja fossiilisten polttoaineiden saatavuudesta ja varastosta. Nämä huolenaiheet ovat hiljattain nopeuttaneet sähköautojen (EV) kysynnän eksponentiaalista kasvua. Tällainen korkea kysyntä yhdistettynä pidempien matkojen ja lyhyemmän latausaajan pyrkimykseen on työntänyt uudempia EV-sukupolvia, jotka toteuttavat suurempia akkukapasiteetteja ja lataussuhteita. Seurauksena on, että uusia EV-latauspisteitä tarvitaan enemmän voiman tarjoamiseksi nopeammin kuin koskaan aiemmin.

2.Rakenne ja toimintaperiaate.

    Kuvan mukaan ehdotettu kaksivaiheinen muuntin koostuu ensimmäisestä eristysvaiheesta, joka perustuu LLC-resonanssimuuntimeen, ja toisesta jälkiregulaattorivaiheesta, joka perustuu buck-muuntimeen.   Tämä jälkiregulaattori on vastuussa ulosjäävän jännitteen säännöstä, ja se toimitetaan korkean tehokkuuden kahdensyöteisen DCX-muuntimen avulla, jonka toissijaiset jännitteet ovat V1 ja V2.   Kuvasta on selvää, että jälkiregulaattorin jännitepaine, nimittäin V1−V2, on pienempi kuin ulosjäävä jännite Vo, mikä mahdollistaa pienemmät sulkusuorituskyvyn omaavat kytkentäkomponentit sekä pienemmät kytkentätappiot.

3.LLC-vaiheen suunnittelu toimimaan DCX:nä.

     Kun LLC-resonanssitankki toimii resonanssitaajuudessa, jännitekonversiosuhde tulee ideaalisesti riippumattomaksi todellisesta kuormasta. Toisin sanoen LLC-muuntin ylläpitää vakio jännitekonversiosuhdetta ja säädettää automaattisesti virtaansa kuorma-olosuhteiden mukaan, käyttäytymällä DCX:nä. Tässä toimintatilassa LLC näyttää maksimitehokkuutensa, reaktiivisen tehon vähimmäisvirtauksella ja nollajännitekytkennällä (ZVS) sekä nollavirtakytkennällä (ZCS) aina täytettyinä . Huomattavasti, LLC:n DCX-toiminnassa ei tarvita ulkoista resonanssin induktoria, koska konversiogain on vakio. Resonanssi FB-LLC-pohjainen vastine, joka on suunniteltu toimimaan samalla laajalla ulosjäävien jännitteiden alueella, odotetaan näyttävän korkeampia tappioita kuin LLC pysyvissä DCX-olosuhteissa.

4.Johtopäätös

     Muunnostehokkuuden mittaukset koko tehon ja jännitteen alueen yli on raportoitu kokeellisesti, näyttäen korkeaa tehokkuutta laajalla toimintatilarevyllä, merkitsemällä huipputehokkuuden 98,63 % 500V:lla ulosjäävällä jännitteellä ja 7 kW:lla siirretyllä teholla.   Loppusovelluksissa useiden moduulien sarja- tai rinnakkaisyhteyksiä voidaan harkita lopullisen toteutuksen jännite- tai virran arvojen skaalaamiseksi, kiitos eristetty ulosjäävä.   Tulevaisuuden tutkimukset voivat sisältää online-ohjaimia optimaalista muuntimen modulaatiolle sekä menetelmiä muuntimen komponenttien, kuten ulosjäävien TBB-induktoreiden, optimoidulle suunnittelulle.

Lähde: IEEE Xplore

Lause: Kunnioita alkuperää, hyviä artikkeleita on jaettava, jos on rikkominen ota yhteyttä poistamaan