OBC(on-board Charger) 作為汽車充電的重要部件 一般分為 PFC 和 DC-DC兩個部分。PFC將輸入交流電壓整流成直流電壓,再通過DC-DC對電池進(jìn)行充電。
新型的OBC支持V2G,V2V等功能,要求功率的雙向傳輸。同時,OBC的輸出功率要求逐漸由3.3kW,6.6kW提高到11kW,22kW。新的這些需求也帶來對拓?fù)湫碌囊?,傳統(tǒng)的LLC拓?fù)浜苊黠@已經(jīng)不能適應(yīng)這些需求。因此,本文會對支持雙向功率傳輸?shù)腃LLC,CLLLC,DAB拓?fù)溥M(jìn)行一些探討和比較。
CLLC拓?fù)湓贚LC拓?fù)涞幕A(chǔ)上,副邊增加了一個電容,使功率可以雙向傳輸。而CLLLC拓?fù)涞母边呍贑LLC的基礎(chǔ)上增加了一個電感,使電路結(jié)構(gòu)對稱。
優(yōu)點:
1.高效(高于98%的峰值效率)
2.設(shè)計良好時全范圍軟開關(guān)
3.控制相對簡單(調(diào)頻,burst)
4.二次側(cè)輸出EMI小
缺點(大功率):
1.更多的器件(電容)(需要通過大電流)
2.調(diào)頻范圍寬,變壓器功率密度相對低,高頻時效率下降(需按照最低開關(guān)頻率設(shè)計)
DAB拓?fù)湓诖蠊β蕡龊蠎?yīng)用較多,尤其是三相DAB可以顯著減少輸出電壓的紋波,減小輸出濾波電容的體積。
優(yōu)點:
1.結(jié)構(gòu)簡單(諧振電感集成在變壓器中)
2.元器件少(無需多余的諧振電容)
3.三相結(jié)構(gòu)成熟度高(輸出電容?。?,每相電流RMS值小
4.頻率固定,對變壓器設(shè)計有利
5.分支拓?fù)涠?,可擴(kuò)展性強(qiáng)
缺點:
1.由于沒有諧振腔,電流呈單調(diào)線性變化,因此關(guān)斷電流大,關(guān)斷損耗大(通過合適的調(diào)制方式和SiC器件可以部分解決這個問題,但關(guān)斷電流依然是固有問題)
2.電壓不匹配時,無功電流大,輕載時軟開關(guān)受限(可通過設(shè)計和調(diào)制方式解決,但會增加控制的復(fù)雜度)
3.效率低(相對CLLC低0.5%左右)
綜上所述,在中小功率條件下,LLC/CLLC/CLLLC拓?fù)溆捎谄鋬?yōu)秀的效率和功率密度而成為最優(yōu)的方案之一。諧振電容的成本和體積在10-20kW功率級別時,并不算大,所以不會顯著影響OBC的價格和功率密度。
但是在大功率場合,CLLC濾波電容和諧振電容的成本越發(fā)重要。而三相DAB結(jié)構(gòu)簡單,不調(diào)頻,每相電流小,魯棒性好,可能更加適合大功率DC-DC的設(shè)計。不過OBC的功率級別本身就不大,因此不在考慮范圍之內(nèi)。
除此之外DAB還存在一些問題。首先是其在一些工況下的大關(guān)斷電流一直為人所詬病,但關(guān)斷損耗隨著SiC器件的價格的降低逐漸得到限制。另一方面,DAB在原副邊電壓不匹配且輕載條件下軟開關(guān)很難實現(xiàn),效率大大降低。這一問題已有很多論文提出過解決方案,但是控制都相對復(fù)雜,并且對占空比和相移的精確性很敏感,在高頻時受死區(qū)時間影響較大。再者,DAB二次側(cè)并非自然關(guān)端,EMI較大。
由于DAB結(jié)構(gòu)簡單,所以擁有眾多的分支拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),一定程度上增加了它的可擴(kuò)展性。這一潛力也許在之后的OBC設(shè)計中會有所體現(xiàn),比如三端口TAB拓?fù)?,諧振型DBSRC拓?fù)洌呀?jīng)在很多OBC中得到使用。
考慮到實際設(shè)計方面,LLC在過去的OBC設(shè)計中應(yīng)用廣泛,工程經(jīng)驗豐富。而CLLC/CLLLC結(jié)構(gòu)和LLC相似,在設(shè)計上會更加的有利
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原文標(biāo)題:OBC的CLLC/CLLLC拓?fù)渑cDAB拓?fù)鋬?yōu)缺點的簡單討論
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