En tvåstegs DC-DC-isolerad konverterare för batteriladdningsapplikationer

     Detta dokument föreslår och analyserar en tvåstegs DC-DC-isolerad konverter för laddningsapplikationer av elektriska fordon, där hög effektivitet över ett brett spänningsintervall krävs. Den föreslagna omvandlingskretsen består av en första isoleringssteg med CLLC-resonant struktur och en andra steg som buck-regulator. Förvandlaren i det första steget är utformad så att dess två utgångsspänningar motsvarar, idealiskt, det minsta och det största förväntade spänningen som ska tillförs batteriet. Sedan kombinerar det andra steget de spänningar som levereras av den tidigare isoleringssteget för att reglera hela konverterens utgångsspänning. Det första steget drivs alltid vid resonans, med endast funktionen att ge isolering och fasta omvandlingsförhållanden med minimala förluster, medan det andra steget möjliggör utgångsspänningsreglering över ett brett spänningsintervall. Sammantaget visas det att lösningen har hög omvandlingsverkningsgrad över ett brett utgångsspänningsintervall.

1.Introduktion.

    Elektrisk transport vinner mark i många länder på grund av ökande oro över globala växthusgasutsläpp och fossil energi. Dessa bekymmer har nyligen drivit den exponentiella tillväxten av efterfrågan på elektriska fordon (EV). Denna höga efterfrågan tillsammans med strävan efter längre räckvidd och kortare laddningstid driver nya generationer av EV som implementerar högre batterikapaciteter och laddningshastigheter. Konsekvent behövs nya EV-laddstationer för att snabbare leverera mer energi än någonsin.

2.Struktur och funktionsprincip.

    Som visas i Figur, består den föreslagna tvåstegskonvertern av en första isoleringssteg baserad på en LLC-resonantkonverter, och en andra post-regulatorsteg baserad på en buckkonverter.   Denna post-regulator ansvarar för utgångsspänningsregleringen och levereras genom en högeffektiv tvåutgångs DCX-konverter, med sekundära spänningar V1 och V2.   Av Figur kan man se att spänningsbelastningen av post-regulatorn, nämligen, V1−V2, är lägre än utgångsspänningen Vo, vilket därefter möjliggör växlingsenheter med mindre på-resistans samt lägre växlingförluster.

3.Design av LLC-steg driftsatt som DCX.

     När LLC-resonanttanken drivs vid resonansfrekvensen blir spänningsomvandlingsförhållandet idealiskt oberoende av den faktiska belastningen. Med andra ord, LLC-konvertern upprätthåller ett konstant spänningsomvandlingsförhållande och justerar sin ström automatiskt, enligt belastningsförhållandena, och beter sig som en DCX. I detta driftstillstånd visar LLC sin maximala effektivitet, med en minimal flöde av reaktiv effekt och nollspänningsväxling (ZVS) och nollströmsväxling (ZCS) förhållanden alltid uppfyllda. Märkvärdigt nog, DCX-drift av LLC kräver inte en extern resonantinduktans, eftersom omvandlingsvinsten är fast. En ekvivalent lösning baserad på en resonant FB-LLC utformad för att drifta över samma brett utgångsspänningsintervall förväntas visa högre förluster än LLC i permanenta DCX-förhållanden.

4.Slutsats

     Omvandlingsprestanda som täcker hela effekts- och spänningsintervallet har rapporterats experimentellt, med hög effektivitet över ett brett intervall av driftförhållanden, med en toppverkningsgrad på 98,63% vid 500V utgångsspänning och 7kW överförda effekt.   I slutliga applikationer kan serie- eller parallellkoppling av flera moduler övervägas för skalning av spännings- eller strömförhållanden i den slutliga implementationen, tack vare den isolerade utgången.   Framtida studier kan inkludera online-regulatorer för optimal konvertermodulering och procedurer för optimal design av konverterns komponenter, som utgångs-TBB-induktorerna.

Källa: IEEE Xplore

Erklaring: Respektera original, bra artiklar är värda att dela, om det finns upphovsrättsskydd kontakta oss för radering