一種多通道直流變換器在車載充電機中的應(yīng)用

0電動汽車充電機性能的評價新能源汽車的普及是電動汽車充電機發(fā)展的瓶頸。如何快速有效地為電動汽車充電，解決汽車的運營距離，是電動汽車快速發(fā)展的重要前提。在能源緊缺的環(huán)境下，設(shè)計一款節(jié)能、高效、大功率密度的充電機是電動汽車行業(yè)的最大挑戰(zhàn)。為了提高整機的效率和大功率的設(shè)計要求，本設(shè)計研究在文獻1新型半橋三座lc位移平緩lc元代dc/cd變換器1.1放電半橋三電平表現(xiàn)半橋三電平LLC諧振直流變換器是將一種直流電變換成另外一種直流電的方法，隨著對直流變換器的技術(shù)研究，直流變換器逐漸向軟開關(guān)、多電平、高頻化、高功率密度發(fā)展。半橋三電平LLC諧振直流變換器的電路如圖1所示。Vin為前級BoostPFC拓?fù)潆娐份敵龅?00V直流電壓，Cin1與Cin2為容量很大且容值相等的輸入電容，S1、S2為三電平變換器的上橋臂開關(guān)管，S3、S4為三電平變換器的下橋臂開關(guān)管，當(dāng)開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)時，兩端承受的電壓為直流母線輸入電壓的一半，D1、D2為中點鉗位二極管，把A、B兩點間的鉗位為1.2輔助壓電ln、lm被橋臂電壓v當(dāng)fm時工作波形正向運行時，輔助電感Ln被諧振網(wǎng)絡(luò)輸入端鉗位，不參與諧振，存在2個諧振頻率：fr為串聯(lián)諧振頻率當(dāng)fs>fr時，工作波形如圖2(a）所示，輔助電感Ln、Lm被橋臂電壓V當(dāng)fm=fr時，工作波形如圖2(b）所示，諧振電流為正弦波，Ln、Lm都不參與諧振，一次側(cè)開關(guān)管能實現(xiàn)ZVS，二次側(cè)電流自然續(xù)流到0，體二極管能實現(xiàn)ZCS。當(dāng)fm<fs<fr時，工作波形如圖2(c）所示，由于開關(guān)頻率fs小于諧振頻率fr，完成串聯(lián)諧振的半周期后，諧振電流i1.3兩組放電回路文獻模態(tài)1:t0時刻，S1、S2開通，體二極管VD5、VD6導(dǎo)通，勵磁電感兩端的電壓為nVo，勵磁電流直線上升，i模態(tài)2:t1時刻，i模態(tài)3:t2時刻，S1關(guān)斷，諧振電流iC1充電回路：Cin1上→C1→S2→Lr→Lm→Cr→B→Cin1下；C4放電回路：C4放電其兩端電壓逐漸下降。模態(tài)4:t3時刻，C1兩端電壓升至12Vin,D1導(dǎo)通使兩端電壓鉗位為12Vin,C4兩端電壓下降為0。i模態(tài)6:t5時刻，C2兩端電壓上升到12Vin,C3兩端電壓下降為0,VD3開通，i2特征的分析與優(yōu)化設(shè)計2.1振幅頻率的影響具有諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振型直流變換器，通過改變開關(guān)管的頻率來調(diào)節(jié)諧振網(wǎng)絡(luò)的增益，是非線性的，由于諧振型直流變換器的諧振網(wǎng)絡(luò)對輸入信號中的頻率高低比諧振點附近更加明顯，所以增益特性主要考慮基波分量，高次諧波可以忽略。令Mi為一次側(cè)逆變橋的電壓增益，M為諧振網(wǎng)絡(luò)的電壓增益，Mr為二次側(cè)逆變橋的電壓增益，則其中，GG從波形圖2可知，V而變換器逆變橋的基波增益2.2最大最小電壓增益g半橋三電平變換器的諧振腔參數(shù)設(shè)計包含諧振電感Lr、勵磁電感Lm、諧振電容Cr則諧振腔最大、最小電壓增益：根據(jù)電氣參數(shù)計算可以得到變壓器變比n、諧振腔的最大最小電壓增益G所以K取值范圍為：其中，R同時，品質(zhì)因數(shù)Q值越小，電壓調(diào)節(jié)范圍越寬，在較窄的開關(guān)頻率范圍內(nèi)，能實現(xiàn)變換器的寬電壓調(diào)節(jié)。Q值取值范圍：確定K、Q值后，可以確定諧振電容Cr和諧振電感Lr的值：勵磁電感：Lm=K?Lr根據(jù)K值的電壓增益圖，結(jié)合其性能指標(biāo)的電氣特性，確定K=4,Lm=60,Gmax=1.5，得到諧振電感為15mH，勵磁電感60mH，輔助電感60mH，諧振電容0.25μF。2.3協(xié)商面分析的結(jié)果高頻變壓器是半橋三電平諧振雙向直流變換器的核心器件，其參數(shù)影響變換器的效率、電磁干擾及發(fā)熱情況，選型方面應(yīng)考慮變壓器的磁芯材料、形狀、溫升以及表面熱輻射。由上面分析可知，匝數(shù)比n越大時，A、B兩點的有效值就越小，變換器一次側(cè)的電流承受越小，二次側(cè)體二極管電壓應(yīng)力就越大；若n越小時，占空比又容易消失，所以選擇匝數(shù)比必須在輸入電壓最低時，輸出能滿足實際需求。因此，確定占空比最大有效值為Deff=0.8，二次側(cè)電壓有效值：其中，Vo為輸出值400V,V采用面積乘積法（AP法）計算變壓器的磁芯，Ae跟磁芯的最大功率和磁芯的有效面積有關(guān)，Aw與繞組間的空間和磁芯窗口面積有關(guān)。在磁芯空間允許范圍內(nèi)，AP值越小越好。變壓器總的視在功率P3實驗的模擬驗證在文獻狀態(tài)1：當(dāng)f4充電機進行前后級仿真利用半橋三電平LLC諧振雙向直流變換器拓?fù)潆娐奋涢_關(guān)技術(shù)提高充電機的效率，并采用時域法和基波法對其進行分析與參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，通過變頻burst連續(xù)控制實現(xiàn)寬電壓范圍輸出，并經(jīng)過前后級仿真演示，基本能實現(xiàn)功能要求，為設(shè)計高效、高功率密度、小型、輕重的車載充電機打下伏筆。模態(tài)5:t4時刻，S2關(guān)斷，i二次側(cè)整流橋的電壓增益為：由此可知，半橋三電平LLC諧振雙向直流變換器的總增益只與變換器的變比n、調(diào)頻模式下的電壓增益G由此可見，LLC諧振變換器