Un conversor DC-DC aislado de dúas etapas para aplicacións de carga de baterías

     Este artigo propón e analiza un conversor DC-DC aislado de dúas etapas para aplicacións de carga de vehículos eléctricos, onde se require alta eficiencia nun amplio rango de voltaxes da batería. O circuito de conversión proposto comprende unha primeira etapa de aislamento con dúas saídas e estrutura resonante CLLC e un segundo regulador buck de dúas entradas. O transformador da primeira etapa está deseñado de xeito que as súas dúas voltaxes de saída correspondan, idealmente, á mínima e máxima voltaxe esperada para ser suministrada á batería. A continuación, a segunda etapa combina as voltaxes proporcionadas pola anterior etapa de aislamento para regular a voltaxe de saída do conversor completo. A primeira etapa sempre funciona en resonancia, coa única función de proporcionar aislamento e razóns de conversión fixas con mínimas perdas, mentres que a segunda etapa permite a regulación da voltaxe de saída nun amplio rango de voltaxes da batería. En xeral, demóstrase que a solución presenta alta eficiencia de conversión nun amplio rango de voltaxes de saída.

1.Introdución

    O transporte eléctrico está gañando terreo en moitos países debido á crecente preocupación polo incremento das emisións de gases de efecto invernadero a nivel global e o abastecemento e esgotamento dos combustibles fósiles. Estas preocupacións han impulsado recentemente o crecemento exponencial da demanda de vehículos eléctricos (VE). Esta alta demanda combinada co esforzo por alcanzar maiores alcances e reducir o tempo de carga está impulsando as novas xeracións de VE que implementan capacidades de batería e taxas de carga máis altas. En consecuencia, son necesarias novas estacións de carga de VE para suministrar máis potencia, máis rápido que nunca antes.

2.Estructura e principio de funcionamento

    Como se mostra na Fig.  o conversor de dúas etapas proposto consiste nunha primeira etapa de aislamento baseada nun conversor resonante LLC, e unha segunda etapa de pós-regulación baseada nun conversor buck.   Este pós-regulador é responsable da regulación da voltaxe de saída e está alimentado por medio dun conversor DCX de dúas saídas de alta eficiencia, con voltaxes secundarias V1 e V2.   A partir da Fig., é claro que a tensión de estrés do pós-regulador, nomeadamente, V1−V2, é menor que a voltaxe de saída Vo, lo que consequentemente permite dispositivos de conmutación con menor resistencia en estado de conducción así como menores perdas de conmutación.

3.Deseño da etapa LLC operada como DCX

     Cando o tanque resonante LLC se opera á frecuencia de resonancia, a razón de conversión de voltaxe se torna idealmente independente da carga real. En outras palabras, o conversor LLC mantén unha razón de conversión de voltaxe constante e ajusta a súa corrente automaticamente, segundo as condicións de carga, comportándose como un DCX. Nesta condición de funcionamento, o LLC mostra a súa máxima eficiencia, con un fluxo mínimo de potencia reactiva e condicións de conmutación a tensión cero (ZVS) e corrente cero (ZCS) sempre satisfacidas . Notablemente, a operación DCX do LLC non require un inductor resonante externo, porque o ganho de conversión está fixo. Unha solución equivalente baseada nun FB-LLC resonante deseñado para operar no mesmo amplio rango de voltaxes de saída espera mostrar maiores perdas que o LLC en condicións permanentes de DCX.

4.Conclusión

     As prestacións de conversión que cubren todo o rango de potencia e voltaxe foron informadas experimentalmente, mostrando alta eficiencia nun amplio rango de condicións de funcionamento, rexistrando unha eficiencia máxima do 98,63% a unha voltaxe de saída de 500V e unha potencia transferida de 7kW.   Nas aplicacións finais, poden considerarse conexións en serie ou paralelo de múltiples módulos para escalar as valoracións de voltaxe ou corrente da implementación final, grazas á saída aislada.   Os estudios futuros poden incluír controladores en liña para a modulación óptima do conversor e procedementos para o deseño óptimo dos compoñentes do conversor, como os inductores TBB de saída.

Fonte: IEEE Xplore

Declaración: Respetar o original, artigos boos méritos compartir, se hai infracción por favor contactar eliminar