Một Bộ Chuyển Đổi DC-DC Cách Ly Hai Giai Đoạn cho Ứng Dụng Sạc Pin

     Bài viết này đề xuất và phân tích một bộ chuyển đổi DC-DC hai giai đoạn cách ly cho các ứng dụng sạc xe điện, nơi đòi hỏi hiệu suất cao trên một dải rộng của điện áp pin. Mạch chuyển đổi được đề xuất bao gồm một giai đoạn cách ly đầu tiên với cấu trúc cộng hưởng CLLC và một điều chỉnh buck hai đầu vào ở giai đoạn thứ hai. Biến áp của giai đoạn đầu tiên được thiết kế sao cho hai điện áp đầu ra của nó tương ứng, lý tưởng nhất, với điện áp tối thiểu và tối đa dự kiến cung cấp cho pin. Sau đó, giai đoạn thứ hai kết hợp các điện áp do giai đoạn cách ly trước cung cấp để điều chỉnh điện áp đầu ra của toàn bộ bộ chuyển đổi. Giai đoạn đầu tiên luôn hoạt động ở chế độ cộng hưởng, chỉ có chức năng cung cấp cách ly và tỷ lệ chuyển đổi cố định với tổn thất tối thiểu, trong khi giai đoạn thứ hai cho phép điều chỉnh điện áp đầu ra trên một dải rộng của điện áp pin. Tổng thể, giải pháp này cho thấy hiệu suất chuyển đổi cao trên một dải rộng của điện áp đầu ra.

1.Giới thiệu.

    Giao thông điện đang chiếm ưu thế ở nhiều quốc gia do lo ngại về khí thải nhà kính toàn cầu và nguồn cung cũng như sự cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch. Những lo ngại này gần đây đã thúc đẩy sự tăng trưởng nhanh chóng của nhu cầu về xe điện (EVs) . Nhu cầu cao kết hợp với mục tiêu tăng phạm vi hoạt động và giảm thời gian sạc đang thúc đẩy các thế hệ xe điện mới với dung lượng pin và tốc độ sạc cao hơn. Do đó, cần có các trạm sạc EV mới để cung cấp nhiều điện năng hơn và nhanh hơn bao giờ hết.

2.Cấu trúc và Nguyên lý Hoạt động.

    Như được hiển thị trong Hình  bộ chuyển đổi hai giai đoạn được đề xuất bao gồm một giai đoạn cách ly đầu tiên dựa trên bộ chuyển đổi cộng hưởng LLC, và một giai đoạn điều chỉnh sau dựa trên bộ chuyển đổi buck.   Giai đoạn điều chỉnh sau chịu trách nhiệm điều chỉnh điện áp đầu ra và được cung cấp bởi một bộ chuyển đổi DCX hai đầu ra hiệu suất cao, với điện áp thứ cấp V1 và V2.   Từ Hình, rõ ràng rằng điện áp tác động lên giai đoạn điều chỉnh sau, tức là, V1−V2, thấp hơn so với điện áp đầu ra Vo, do đó cho phép sử dụng thiết bị chuyển mạch có điện trở nhỏ hơn cũng như tổn thất chuyển mạch thấp hơn.

3.Thiết kế Giai Đoạn LLC Hoạt Động Như DCX.

     Khi bộ cộng hưởng LLC hoạt động ở tần số cộng hưởng, tỷ lệ chuyển đổi điện áp trở nên độc lập hoàn hảo từ tải thực tế. Nói cách khác, bộ chuyển đổi LLC duy trì tỷ lệ chuyển đổi điện áp cố định và tự động điều chỉnh dòng điện theo điều kiện tải, hành xử như một DCX. Trong điều kiện hoạt động này, LLC đạt hiệu suất tối đa, với luồng công suất phản kháng tối thiểu và luôn thỏa mãn điều kiện chuyển mạch không điện áp (ZVS) và chuyển mạch không dòng (ZCS) . Đặc biệt, hoạt động DCX của LLC không yêu cầu cuộn cảm cộng hưởng bên ngoài, vì tỷ lệ chuyển đổi là cố định. Một giải pháp tương đương dựa trên FB-LLC cộng hưởng được thiết kế để hoạt động trên cùng một dải rộng của điện áp đầu ra được kỳ vọng sẽ có tổn thất cao hơn so với LLC trong điều kiện DCX liên tục.

4.Kết luận

     Hiệu suất chuyển đổi bao phủ toàn bộ dải công suất và điện áp đã được báo cáo thực nghiệm, cho thấy hiệu suất cao trên một dải rộng của điều kiện hoạt động, ghi nhận hiệu suất đỉnh 98,63% tại điện áp đầu ra 500V và công suất truyền 7kW.   Trong các ứng dụng cuối cùng, có thể xem xét kết nối chuỗi hoặc song song của nhiều mô-đun để mở rộng điện áp hoặc cường độ dòng điện của bản thực hiện cuối cùng, nhờ vào đầu ra cách ly.   Các nghiên cứu trong tương lai có thể bao gồm các bộ điều khiển trực tuyến cho việc điều chế bộ chuyển đổi tối ưu và các quy trình thiết kế tối ưu các thành phần của bộ chuyển đổi, như cuộn cảm TBB đầu ra.

Nguồn: IEEE Xplore

Thông báo: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete