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电动汽车快速充电系列文章之三|常见拓扑结构和功率器件及其他设计考虑因素 ... ... ...

2022-5-6 10:04| 发布者: 闪电| 查看: 42| 评论: 0

摘要: 什么是快速直流充电器中使用的常见拓扑结构和功率器件?在上一节中,已经介绍了快速DCEV充电基础设施的标准配置,以及未来可能的典型基础设施。下面介绍当今快速DCEV充电器中使用的典型电源转换器拓扑结构和AC-DC和D ...


T-中性点箝位(T-NPC)是一种3级拓扑结构,使用1200 V整流器(以双向形式用开关代替),中性点路径上有650 V开关背对背。I-NPC是一个3级架构,可能完全用650  V开关实现。650  V SiC MOSFET或IGBT与共包二极管代表了这些3级拓扑结构的优秀替代方案。


图12. F1-2 PACK SiC MOSFET模块半桥。1200 V,10 mQ



DC-DC拓扑结构


在研究DC-DC转换级时,主要采用了三种隔离拓扑结构:全桥LLC谐振转换器、全桥移相双有源桥(DAB)零电压过渡(ZVT)转换器和全桥移相ZVT转换器(图13、14和15)。


全桥LLC谐振


LLC转换器在初级端实现了零电压开关(ZVS),同时在谐振频率及以下——在次级端实现了零电流开关(ZCS),从而在谐振频率附近产生了非常高的峰值效率。作为一个纯粹的频率调制(FM)系统,当系统工作点偏离谐振频率时,这可能是需要宽输出电压操作时的情况,LLC的能效就会下降。


然而,先进的混合调制方案使今天的脉冲调制(PWM)与调频相结合,限制了最大频率失控和高损耗。不过,这些混合实现方式还是给已经有时很麻烦的LLC控制算法增加了复杂性。


此外,并联的LLCs转换器的电流共享和同步也不是件容易的事。一般来说,当有可能在相对较小的电压范围内工作时,和/或当具备实施结合调频和PWM的先进控制策略的开发技能时,LLC是一种难以超越的设计。它不仅可以提供最高的能效,而且从各个角度看都是一个非常全面的解决方案。LLC可以作为CLLC以双向形式实现,这是另一种复杂的拓扑结构。


图13. 全桥LLC转换器


带有次级同步整流拓扑结构的移相全桥DAB也非常典型。这些都是用PWM工作,一般来说,需要比LLC转换器更简单的控制。DAB可以被认为是传统的全桥移相ZVT转换器的演变,但漏电感器在初级端,这简化了繁琐的次级端整流,减少了二次开关或二极管的必要额定击穿电压。由于实现了ZVT,这些转换器可以在很宽的输出电压范围内提供稳定的高能效。这对于支持800 V和400 V电池电压水平的充电器来说是个方便的因素。



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