一种超宽电压范围隔离型DC-DC变流器研究

一种超宽电压范围隔离型DC-DC变流器研究

中文关键词:  宽电压增益  运行模式切换  移相  串-并联连接

作者                         单位
万新强                      国网宿迁供电公司, 宿迁 223800
倪喜军                      南京工程学院电力工程学院, 南京 211167
骆皓                          南京工程学院电力工程学院, 南京 211167
赖勇                          国网宿迁供电公司, 宿迁 223800
王秀茹                      国网宿迁供电公司, 宿迁 223800
王书征                      南京工程学院电力工程学院, 南京 211167

中文摘要:
针对不同规格电动汽车的统一充电系统需求，研究2倍以上宽输出电压范围隔离型DC-DC变流器已成为该领域的热点。提出了一种隔离型的LLC串-并联模式变换拓扑及其设计方法，实现0.5~3.0倍的宽输出电压范围，且所有功率器件满足软开关运行。首先，利用半桥变模态控制，获得1.0倍以下电压增益；然后，利用PWM脉冲180°移相实现串-并联快速切换，实现1.0倍或2.0倍电压增益的转换；最后，通过变频结合PWM整流器直流电压调压功能，实现0.5~3.0倍宽电压增益的调节。样机实验结果表明：所提变流器利用上述策略，达到了预期的0.5~3.0倍增益，且实现软开关运行；此外，并联至串联切换过程时间非常短，仅300μs，串联至并联切换过程稍长，但也仅4.5ms，适用于对电压增益范围要求较宽的应用场合。

内容节选：
近年来，随着新能源、电动汽车和分布式配电网的快速发展，储能电池的应用和规模不断地扩大，除电池本身外，宽电压输出范围DC-DC变流器研究已成为研究重点。但是，由于电动车厂商设计标准不同，而充电系统却需要统一设计安装，导致直流充电桩输出电压的范围较大，特别针对隔离型DC-DC变流器的设计比较困难。
目前常用的隔离型大功率DC-DC变流器主要包含双有源桥[1-3]DAB(dual active bridge)和LLC[4-10]2种类型。DA轻载下的效率相对较低，因此电池浮充或轻载时效率低，文献[2-3]利用多重移相进行优化，但增加了控制复杂度，且稳定性较难保证[1]。文献[4]提出了一种利用双向MOSFET组切换实现谐振电容变化的电路，使得谐振腔电路的谐振点随负载变化而改变，该方法不仅增加电路设计复杂度，且与谐振电感直接并联电容的频繁切换会导致一定的谐振不稳定；文献[5-7]提出了多种拓扑模态变换型LLC电路，较好地适应输入电压的变化，但针对宽范围输出电压应用仍需进一步研究；文献[8-9]提出了一种PWM和变频混合方案，不失为一种有效的方案，但调压范围仍然有限，且不同控制模式的频繁切换增加了变流器安全域参数设计和控制策略难度；文献[10]利用矩阵变压器实现原边串联、副边并联的电路，实现了较大的电压增益控制，但变压器设计和制作比较困难；文献[11-12]提出了利用辅助开关实现串-并联切换的方案，提供了一种有效思路，但辅助开关一方面增加成本，另一方面，切换损耗和控制仍然是主要问题。
针对上述情况，本文利用LLC变频调压的优势，结合PWM脉冲180毅移相实现串联和并联快速切换，实现宽范围内输出电压调整，同时发挥PWM整流器一定安全范围内的直流电压调压功能，提出了一种0.5~3.0倍超宽电压输出范围的变流器拓扑，实现对多种电压电动车电池的充电。

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此文章来自电源学报
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