Двоступінчастий ізольований DC-DC конвертер для заряджальних пристроїв акамуляторів

     У цій статті пропонується та аналізується двоступінчастий ізольований DC-DC конвертер для заряджання електромобілів, де потрібна висока ефективність на широкому діапазоні напруг батареї. Запропонована схема конвертування складається з першої ізоляційної ступені з CLLC резонансною структурою та другої ступені з регулятором пониження напруги на два входи. Трансформатор першої ступені спроектовано так, що його дві вихідні напруги, ідеально, відповідають мінімальній та максимальній очікуваній напрузі, яка повинна підводитися до батареї. Потім, друга ступінь комбінує напруги, надані попередньою ізоляційною ступеню, для регулювання вихідної напруги всього конвертера. Перша ступінь завжди працює в резонансному режимі, з єдиною функцією забезпечувати ізоляцію та сталі коефіцієнти конвертування з мінімальними втратами, тоді як друга ступінь дозволяє регулювати вихідну напругу на широкому діапазоні напруг батареї. В цілому, показано, що рішення має високу ефективність конвертування на широкому діапазоні вихідних напруг.

1.Вступ.

    Електричний транспорт набирає популярності у багатьох країнах через зростаючі стурджання щодо глобальних викидів парникових газів та постачання та вичерпання вуглеводневих палив. Ці стурджання останнім часом спричинили експоненційний зростання попиту на електромобілі (ЕМ) . Такий високий попит, поєднаний з прагненням до довших дистанцій та скорочення часу зарядки, спричиняє появи нових поколінь ЕМ, які реалізують більші ємності батарей та швидкості зарядки. В результаті, потрібні нові станції зарядки ЕМ, які можуть забезпечувати більше енергії, швидше, ніж коли-небудь раніше.

2.Структура та принцип роботи.

    Як показано на рис.  запропонований двоступінчастий конвертер складається з першої ізоляційної ступені на основі резонансного конвертера LLC, та другої ступені пост-регулятора на основі конвертера пониження напруги.   Цей пост-регулятор відповідає за регулювання вихідної напруги та під'єднується за допомогою високоекономічного двовиходового DCX конвертера, з вторинними напругами V1 та V2.   З рис. очевидно, що напруженне напруження пост-регулятора, а саме, V1−V2, нижче, ніж вихідна напруга Vo, що, в свою чергу, дозволяє використовувати комутаційні пристрої з меншим опором при провідності, а також нижчими втратами при комутації.

3.Проектування ступені LLC, що працює як DCX.

     Коли резонансний контур LLC працює на резонансній частоті, коефіцієнт перетворення напруги стає ідеально незалежним від фактичного навантаження. Іншими словами, конвертер LLC зберігає стале відношення перетворення напруги та автоматично регулює свій струм відповідно до умов навантаження, поводячи себе як DCX. У цьому режимі роботи, LLC показує свою максимальною ефективність, з мінімальним потоком реактивної потужності та завжди задовольняє умови переключення при нульовій напрузі (ZVS) та переключення при нульовому струмі (ZCS) . Звертається увага, що робота LLC в режимі DCX не потребує зовнішнього резонансного індуктора, оскільки коефіцієнт перетворення є сталим. Рівноцінне рішення, базоване на резонансному FB-LLC, спроектованому для роботи на такому ж широкому діапазоні вихідних напруг, очікується, буде мати більші втрати, ніж LLC, у постійних умовах DCX.

4.Висновки

     Перевірено експериментально характеристики конвертування, що охоплюють весь діапазон потужностей та напруг, показуючи високу ефективність на широкому діапазоні умов роботи, з рекордною ефективністю 98,63% при вихідній напрузі 500В та переданій потужності 7кВт.   У кінцевих застосуваннях, серійні або паралельні з'єднання кількох модулів можна врахувати для масштабування напружень чи струмів кінцевої реалізації, завдяки ізольованому виходу.   Майбутні дослідження можуть включати онлайн-контролери для оптимальної модуляції конвертера та процедури для оптимального проектування компонентів конвертера, таких як вихідні індуктори TBB.

Джерело: IEEE Xplore

Позиція: Шануйте оригінал, добрих статей варто поділитися, якщо є порушення прав, будь ласка, зв'яжіться для видалення