ממיר DC-DC דו שלבי מבודד ליישומי טעינה של סוללות

     מאמר זה מציג ומנתח מبدل DC-DC בשני שלבים למטרות טעינה של רכבי חשמל, שבו דרושה יעילות גבוהה לאורך טווח רחב של מתחי סוללה. המעגל המבוצעה כולל שלב בידוד ראשוני עם מבנה תהודה CLLC ושנייה של מתג בוק עם שני כניסות. המומר של השלב הראשון מתוכנן כך ששני מתחי היציאה שלו מתאימים, באופן אידיאלי, למתחים המינימלי והמקסימלי הצפויים להספק לסוללה. אז, השלב השני משילב את המתחים המסופקים על ידי השלב הקודם כדי לרגל את מתח היציאה של המبدل כולו. השלב הראשון פועל תמיד בתהודה, עם הפונקציה היחידה של הספקת בידוד ויחסי המרה קבועים עם הפסדים מזעריים, בעוד שהשלב השני מאפשר רגולת מתח יציאה לאורך טווח רחב של מתחי סוללה. בכלל, מראה כי הפתרון מתאפיין ביעילות המרה גבוהה לאורך טווח רחב של מתחי יציאה.

1.הקדמה

    תחבורה חשמלית זוכה לפופולריות במגוון מדינות עקב דאגות גוברות לגבי פליטת גזי חממה גלובליים ומגבלות על אספקת והשמדה של דלקים מאובנים. דאגות אלו בעשור האחרון העלו את הביקוש המעריכי למכוניות חשמליות (EVs) . הביקוש הגבוה הזה בשילוב עם המאמץ להשיג טווחים ארוכים יותר וזמן טעינה קצר יותר מוביל לדורות חדשים של רכבי חשמל שמשתמשים בקיבולת סוללה גבוהה יותר וקצב טעינה מהיר יותר. לכן, נחוצים תחנות טעינה חדשות של רכבי חשמל שתספקנה יותר כוח במהירות גבוהה יותר מאשר מעולם.

2.מבנה ועקרון פעולה

    כפי שמוצג בתרשים, המبدل הדו-שלבי המוצע כולל שלב בידוד ראשון מבוסס על ממברר תהודה CLLC, ושלב תיווך שני מבוסס על מתג בוק.   המתג התיווך אחראי לרגולת מתח היציאה והוא מסופק באמצעות ממברר DCX דו-יציאה יעיל, עם מתחי יציאה V1 ו-V2.   מסתבר מתרשים, שהלחץ המתחי של המתג התיווך, כלומר, V1−V2, הוא נמוך יותר מהמתח היציאה Vo, מה שמאפשר שימוש במכשירי מעבר בעלי עמידות נמוכה יותר וכן הפסדי מעבר נמוכים יותר.

3.עיצוב שלב LLC הפועל כ-DCX

     כאשר הטנק התואם LLC פועל בתדר תהודה, יחס המרת המתח נהיה אידיאלי בלתי תלוי בנטען האמיתי. במילים אחרות, הממברר LLC מחזיק ביחס מרת מתח קבוע ומגביר את הזרם שלו אוטומטית בהתאם לתנאי הנטען, מתנהג כמו DCX. בתנאי פעולה אלה, ה-LLC מראה את יעילותו המקסימלית, עם זרימת אנרגיה ריאקטיבית מינימלית ותנאי מעבר בלחץ מתח אפס (ZVS) ומעבר בזרם אפס (ZCS) תמיד מתקיימים . חשוב לציין שהפעולה של DCX של ה-LLC אינה דורשת אינדקטור תהודה חיצוני, מכיוון שהרווח הממבררי קבוע. פתרון שקול המבוסס על FB-LLC תואם שתוכנן לפעול לאורך אותו טווח רחב של מתחי יציאה צפוי להראות הפסדים גבוהים יותר מאשר ה-LLC בתנאי DCX קבועים.

4.מסקנה

     הופעות הממרה המשולבות לאורך כל טווחי הכוח והמתח דווחו ניסיוני, מראות יעילות גבוהה לאורך טווח רחב של תנאי פעולה, עם יעילות מקסימלית של 98.63% במתח יציאה של 500V ו-7kW כוח מועבר.   בישומים סופיים, ניתן לשקול חיבורים סדרתיים או מקבילים של מודולים מרובים לשינוי הדירוגים של מתח או זרם של היישום הסופי, בזכות היציאה המבודדת.   מחקרים עתידיים עשויים לכלול בקרות מקוונות עבור מודולציה אופטימלית של הממברר ואסטרטגיות לעיצוב אופטימלי של רכיבי הממברר, כגון האינדקטורים TBB ביציאה.

מקור: IEEE Xplore

הצהרה: כבוד למקור, מאמרים טובים ראויים לשיתוף, אם קיים פגיעה בקניין רוחני נא צרו קשר למחיקה