En totrinns DC-DC-isolert konverter for batteriladbare applikasjoner

     Denne artikkelen foreslår og analyserer en totrinns DC-DC-isolerende konverter for ladeapplikasjoner for elektriske kjøretøy, der høy effektivitet over et bredt spekter av batterispenn er nødvendig. Den foreslåtte konverteringskretsen består av en første isoleringsfase med CLLC-resonansstruktur og en andre fase med en to-inngangsbuck-regulator. Transformeren i den første fasen er designet slik at de to utgangsspennene tilsvarer, ideelt sett, det minste og største forventede spenn som skal leveres til batteriet. Deretter kombinerer den andre fasen spennene levert av den foregående isoleringsfasen for å regulere utgangsspennet av hele konverteren. Den første fasen opereres alltid i resonans, med den eneste funksjonen å gi isolasjon og faste konverteringsforhold med minimal tap, mens den andre fasen tillater utgangsspennsregulering over et bredt spekter av batterispenn. Samlet sett vises det at løsningen har høy konverteringseffektivitet over et bredt spekter av utgangsspenn.

1.Introduksjon.

    Elektrisk transport vinner fotfeste i mange land på grunn av økte bekymringer om globale utslipp av drivhusgasser og fossil energiressursers forsyning og uttømmelse. Disse bekymringene har nylig skapt eksponentiell vekst i etterspørselen etter elektriske kjøretøy (EV). Slik høy etterspørsel kombinert med trangen etter lengre rekkevidde og kortere ladetid presser nyere generasjoner av EV som implementerer høyere batterikapasiteter og ladefrekvenser. Konsekvensen er at nye EV-ladestasjoner trengs for å levere mer strøm, raskere enn noen gang før.

2.Struktur og arbeidsprinsipp.

    Som vist i Fig., består den foreslåtte totrinnskonverteren av en første isoleringsfase basert på en LLC-resonanskonverter, og en andre fase med en buck-konverter. Denne post-regulatoren er ansvarlig for utgangsspennsregulering og er forsynet med en høyeffektiv to-utgangs DCX-konverter, med sekundære spenn V1 og V2. Fra Fig. er det klart at spennstrykket på post-regulatoren, nemlig V1−V2, er lavere enn utgangsspennet Vo, noe som dermed tillater bruk av sladdenheter med mindre påstand og lavere sladdetap.

3.Design av LLC-fase driftet som DCX.

     Når LLC-resonanstanken drives ved resonansfrekvens, blir spennskonverteringsforholdet ideelt uavhengig av den faktiske belastningen. Med andre ord, beholder LLC-konverteren et konstant spennskonverteringsforhold og justerer sin strøm automatisk, i henhold til belastningsforhold, og oppfører seg som en DCX. I dette driftsforholdet viser LLC sin maksimale effektivitet, med minimal reaktiv effektstrøm og nullspennssladding (ZVS) og nullstrømsladding (ZCS) forhold alltid tilfredsstilt. Merkverdig er det at DCX-driften av LLC ikke krever en ekstern resonansinduktor, fordi konverteringsgevinsten er fast. En ekvivalent løsning basert på en resonant FB-LLC designet for å drive over samme bredt spekter av utgangsspenn forventes å vise høyere tap enn LLC under permanent DCX-drift.

4.Konklusjon

     Konverteringsytelsen som dekker hele effekt- og spennsområdet er rapportert eksperimentelt, og viser høy effektivitet over et bredt spekter av driftsforhold, med en topp-effektivitet på 98,63% ved 500V utgangsspenn og 7kW overført effekt. I endelige applikasjoner kan serie- eller parallellforbindelser av flere moduler vurderes for å skalere spenn- eller strømranger i den endelige implementeringen, takket være den isolerte utgangen. Fremtidige studier kan inkludere online-kontrollere for optimal konvertermodulasjon og prosedyrer for optimalt design av komponenter i konverteren, som output TBB-induktoren.

Kilde: IEEE Xplore

Erklæring: Respekt for originaliteten, godt innhold fortjener deling, ved infringement kontakt for sletting