Dwustopniowy przetwornik DC-DC z izolacją dla zastosowań ładowania baterii

     Ten artykuł proponuje i analizuje dwustopniowy izolowany przekształtnik DC-DC do zastosowań ładowania pojazdów elektrycznych, gdzie wymagana jest wysoka wydajność w szerokim zakresie napięć baterii. Proponowany obwód przekształcający składa się z pierwszego etapu izolacji o dwóch wyjściach z strukturą rezonansową CLLC i drugiego etapu regulacji napięcia typu buck z dwoma wejściami. Transformator pierwszego etapu jest zaprojektowany tak, aby jego dwa napięcia wyjściowe odpowiadały, idealnie, minimalnemu i maksymalnemu oczekiwanemu napięciu dostarczanemu do baterii. Następnie, drugi etap łączy napięcia dostarczone przez poprzedni etap izolacji, aby uregulować napięcie wyjściowe całego przekształtnika. Pierwszy etap jest zawsze obsługiwany w rezonansie, z jedyną funkcją zapewnienia izolacji i stałych proporcji przekształcenia z minimalnymi stratami, podczas gdy drugi etap pozwala na regulację napięcia wyjściowego w szerokim zakresie napięć baterii. W sumie pokazano, że rozwiązanie charakteryzuje się wysoką wydajnością przekształcenia w szerokim zakresie napięć wyjściowych.

1.Wstęp.

    Transport elektryczny zdobywa popularność w wielu krajach ze względu na rosnące obawy dotyczące globalnych emisji gazów cieplarnianych oraz dostępności i wyczerpywania paliw kopalnych. Te obawy ostatnio spowodowały eksponencjalny wzrost popytu na pojazdy elektryczne (PE). Tak wysoki popyt w połączeniu z dążeniem do dłuższych zasięgów i skrócenia czasu ładowania prowadzi do nowych generacji PE, które implementują większe pojemności baterii i szybsze stawki ładowania. W konsekwencji, potrzebne są nowe stacje ładowania PE, które będą mogły dostarczać więcej mocy, szybciej niż kiedykolwiek wcześniej.

2.Struktura i zasada działania.

    Jak pokazano na rys. proponowany dwustopniowy przekształtnik składa się z pierwszego etapu izolacji opartego na przekształtniku rezonansowym LLC, i drugiego etapu post-regulatora opartego na przekształtniku typu buck.   Taki post-regulator jest odpowiedzialny za regulację napięcia wyjściowego i jest zasilany przez wysokowydajny dwuwyprowadzeniowy przekształtnik DCX, z napięciami wtórnymi V1 i V2.   Z rys. wynika, że napięcie robocze post-regulatora, a mianowicie V1−V2, jest niższe niż napięcie wyjściowe Vo, co pozwala na użycie elementów przełączających o mniejszym oporze na stanowisku oraz niższych stratach przełączania.

3.Projektowanie etapu LLC działającego jako DCX.

     Gdy rezonansowy układ LLC jest obsługiwany przy częstotliwości rezonansowej, stosunek przekształcenia napięcia staje się idealnie niezależny od rzeczywistego obciążenia. Innymi słowy, przekształtnik LLC utrzymuje stały stosunek przekształcenia napięcia i automatycznie dostosowuje swój prąd, zgodnie z warunkami obciążenia, zachowując się jak DCX. W tym warunku pracy, LLC osiąga swoją maksymalną wydajność, z minimalnym przepływem mocy reaktywnej i zawsze spełnionymi warunkami przełączania przy zerowym napięciu (ZVS) i zerowym prądzie (ZCS). Zauważalne jest, że działanie DCX przekształtnika LLC nie wymaga zewnętrznego induktora rezonansowego, ponieważ wskaźnik przekształcenia jest stały. Równoważne rozwiązanie oparte na rezonansowym FB-LLC zaprojektowanym do działania w tym samym szerokim zakresie napięć wyjściowych powinno pokazać wyższe straty niż LLC w permanentnych warunkach DCX.

4.Podsumowanie

     Wykonano eksperymentalne pomiary wydajności przekształcania obejmujące cały zakres mocy i napięć, pokazując wysoką wydajność w szerokim zakresie warunków pracy, z maksymalną wydajnością 98,63% przy napięciu wyjściowym 500V i przeniesionej mocy 7kW.   W końcowych zastosowaniach można rozważyć szeregowe lub równoległe połączenia wielu modułów, aby skalować napięcia lub natężenia prądu końcowej implementacji, dzięki izolowanemu wyjściu.   Przyszłe badania mogą obejmować kontrolery online do optymalnego modulowania przekształtnika oraz procedury optymalnego projektowania komponentów przekształtnika, takich jak induktory TBB na wyjściu.

Źródło: IEEE Xplore

Oświadczenie: Szacunek do oryginału, dobre artykuły warto udostępniać, jesli występuje naruszenie autorskich praw prosimy o skontaktowanie się z nami w celu usunięcia