Een twee-traps DC-DC geïsoleerde converter voor batterij-opladingstoepassingen

     Dit artikel stelt en analyseert een twee-stagen dc-dc geïsoleerde converter voor oplaadtoepassingen van elektrische voertuigen, waarbij hoge efficiëntie over een breed scala aan batteryspanningen vereist is. Het voorgestelde conversiecircuit bestaat uit een eerste isolatiestage met CLLC-resonante structuur en een tweede buck-regelaar met twee ingangen. De transformatoren van de eerste stage zijn ontworpen zodanig dat hun twee uitgangsspanningen, ideaal gesproken, overeenkomen met de minimum- en maximumverwachte spanning die aan de batterij moet worden aangeboden. Vervolgens combineert de tweede stage de spanningen die door de vorige isolatiestage worden geleverd om de uitgangsspanning van de hele converter te regelen. De eerste stage wordt altijd op resonantie bediend, met als enige functie het verschaffen van isolatie en vaste conversieratio's met minimale verliezen, terwijl de tweede stage toestaat dat de uitgangsspanning over een breed scala aan batteryspanningen gereguleerd kan worden. In het algemeen wordt getoond dat de oplossing hoge conversie-efficiëntie heeft over een breed scala aan uitgangsspanningen.

1.Inleiding.

    Elektrisch vervoer wint terrein in veel landen vanwege groeiende zorgen over wereldwijde broeikasgasemissies en de levering en uitputting van fossiele brandstoffen. Deze zorgen hebben onlangs de exponentiële groei van de vraag naar elektrische voertuigen (EVs) gedreven. Een dergelijke hoge vraag, gecombineerd met de streven naar langere afstanden en verkorte oplaadtijden, duwt nieuwe generaties EVs die hogere batterycapaciteiten en oplaadsnelheden implementeren. Daarom zijn er nieuwe EV-oplaadstations nodig die meer vermogen, sneller dan ooit, kunnen leveren.

2.Structuur en werking.

    Zoals weergegeven in Fig., bestaat de voorgestelde twee-stagen converter uit een eerste isolatiestage gebaseerd op een LLC-resonante converter, en een tweede post-regelaarstage gebaseerd op een buck-converter.   Deze post-regelaar is verantwoordelijk voor de regeling van de uitgangsspanning en wordt gevoed door middel van een high-efficiency twee-uitgang DCX-converter, met secundaire spanningen V1 en V2.   Uit Fig. is duidelijk dat de spanningstress van de post-regelaar, namelijk V1−V2, lager is dan de uitgangsspanning Vo, wat daardoor mogelijk maakt schakelapparatuur met kleinere weerstand bij inschakeling evenals lagere schakelverliezen.

3.Ontwerp van de LLC-stage die als DCX wordt bediend.

     Wanneer de LLC-resonante tank op de resonerende frequentie wordt bediend, wordt de spanningconversieratio idealiter onafhankelijk van de werkelijke belasting. Met andere woorden, de LLC-converter behoudt een constante spanningconversieratio en past zijn stroom automatisch aan, volgens de belastingsomstandigheden, en gedraagt zich als een DCX. In deze bedieningsconditie toont de LLC zijn maximale efficiëntie, met een minimumstroom van reactieve vermogens en zero-voltage switching (ZVS) en zero-current switching (ZCS) condities die altijd voldaan zijn . Opmerkelijk is dat de DCX-bediening van de LLC geen externe resonante spoel vereist, omdat de conversiegain vast is. Een equivalente oplossing gebaseerd op een resonante FB-LLC ontworpen om over hetzelfde brede scala aan uitgangsspanningen te opereren, wordt verwacht hogere verliezen te tonen dan de LLC in permanente DCX-condities.

4.Conclusie

     Conversieprestaties die het hele vermogens- en spanningsspectrum bestrijken, zijn experimenteel gerapporteerd, met hoge efficiëntie over een breed scala aan bedieningscondities, met een piekefficiëntie van 98,63% bij een uitgangsspanning van 500V en 7kW overgedragen vermogen.   In eindtoepassingen kunnen reeks- of parallelverbindingen van meerdere modules worden overwogen voor het schalen van de spanning- of stroomwaarden van de uiteindelijke implementatie, dankzij de geïsoleerde uitgang.   Toekomstige studies kunnen online-regelaars voor optimale convertermodulatie en procedures voor de optimale ontwerpen van de componenten van de converter, zoals de uitgang TBB-spoelen, bevatten.

Bron: IEEE Xplore

Verklaring: Respecteer het oorspronkelijke, goede artikelen zijn de moede te delen, indien er inbreuk is wordt contact opgenomen voor verwijdering