Двухступенчатый DC-DC изолированный преобразователь для зарядки аккумуляторов

     В данной работе предлагается и анализируется двухступенчатый изолированный преобразователь постоянного тока для применения в зарядных устройствах электромобилей, где требуется высокая эффективность в широком диапазоне напряжений аккумулятора. Предложенная схема преобразования состоит из первой ступени с двумя выходами и резонансной структурой CLLC и второй ступени - регулятора понижающего напряжение с двумя входами. Трансформатор первой ступени спроектирован таким образом, чтобы его два выходных напряжения соответствовали, идеально, минимальному и максимальному ожидаемому напряжению, подаваемому на аккумулятор. Затем вторая ступень комбинирует напряжения, предоставленные предыдущей изолированной ступенью, для регулирования выходного напряжения всего преобразователя. Первая ступень всегда работает на резонансной частоте, выполняя только функцию обеспечения изоляции и фиксированных коэффициентов преобразования с минимальными потерями, в то время как вторая ступень позволяет регулировать выходное напряжение в широком диапазоне напряжений аккумулятора. В целом, показано, что данное решение обладает высокой эффективностью преобразования в широком диапазоне выходных напряжений.

1.Введение.

    Электрический транспорт набирает популярность во многих странах из-за растущих опасений по поводу глобальных выбросов парниковых газов и исчерпания запасов ископаемых топлив. Эти опасения недавно привели к экспоненциальному росту спроса на электромобили (ЭМ). Такой высокий спрос, в сочетании со стремлением к увеличению дальности пробега и уменьшению времени зарядки, толкает развитие новых поколений ЭМ, которые используют более высокие емкости аккумуляторов и скорости зарядки. В результате, необходимы новые станции зарядки ЭМ, способные подавать больше мощности быстрее, чем когда-либо прежде.

2.Структура и принцип работы.

    Как показано на рисунке, предложенный двухступенчатый преобразователь состоит из первой изолированной ступени на основе резонансного преобразователя LLC и второй ступени пост-регулятора на основе понижающего преобразователя. Этот пост-регулятор отвечает за регулирование выходного напряжения и питается от высокоэффективного двухвыходного DCX-преобразователя с вторичными напряжениями V1 и V2. Из рисунка видно, что напряжение, приложенное к пост-регулятору, а именно V1−V2, ниже, чем выходное напряжение Vo, что позволяет использовать переключательные устройства с меньшим сопротивлением в открытом состоянии, а также снижает потери при переключении.

3.Проектирование ступени LLC, работающей как DCX.

     Когда резонансная цепь LLC работает на резонансной частоте, коэффициент преобразования напряжения становится идеально независимым от фактической нагрузки. Другими словами, преобразователь LLC поддерживает постоянный коэффициент преобразования напряжения и автоматически регулирует свой ток в соответствии с условиями нагрузки, ведя себя как DCX. В этом режиме работы преобразователь LLC демонстрирует максимальную эффективность с минимальным потоком реактивной мощности и удовлетворением условий переключения при нулевом напряжении (ZVS) и нулевом токе (ZCS). Следует отметить, что работа LLC в режиме DCX не требует внешнего резонансного индуктора, так как коэффициент преобразования является фиксированным. Аналогичное решение, основанное на резонансном FB-LLC, спроектированном для работы в том же широком диапазоне выходных напряжений, ожидается, будет иметь более высокие потери, чем LLC, в условиях постоянной работы в режиме DCX.

4.Заключение

     Экспериментально были продемонстрированы характеристики преобразования, охватывающие весь диапазон мощностей и напряжений, показывая высокую эффективность в широком диапазоне рабочих условий, с пиковым значением эффективности 98,63% при выходном напряжении 500 В и передаваемой мощности 7 кВт.   В конечных приложениях для масштабирования напряжения или тока можно рассматривать последовательные или параллельные соединения нескольких модулей, благодаря изолированному выходу.   Будущие исследования могут включать онлайн-контроллеры для оптимальной модуляции преобразователя и процедуры для оптимального проектирования компонентов преобразователя, таких как выходные индуктивности TBB.

Источник: IEEE Xplore

Заявление: Уважайте авторские права, хорошие статьи стоят того, чтобы ими делиться, если есть нарушение прав, свяжитесь для удаления