车载充电PWM软开关DC-DC变换器研究综述

作为车载充电机的关键部分,DC-DC变换器直接影响其运行效率,近年来,众多学者围绕PWM软开关DC-DC变换器开展研究并已取得可供借鉴的研究成果,旨在实现DC-DC变换器在整个充电过程中的高效运行。针对车载充电系统,首先指出DC-DC变换器设计要求,并分析传统原边移相控制全桥DC-DC变换器固有的不足,再从主电路拓扑、驱动方式和控制策略三个方面,详述车载充电机中PWM软开关DC-DC变换器研究进展。最后,剖析现有PWM软开关DC-DC变换器技术方案的优势与不足,并指出未来工作方向以实现DC-DC变换器系统效率全面提升。

一种适用于电动汽车充电机的变压器钳位DC/DC变换器

为了减小电动汽车充电机谐波对电网造成的危害,很多充电机采用了三相输入功率因数校正(PFC)技术,造成充电机直流/直流(DC/DC)变换器的直流侧电压偏高。针对上述问题,提出了2种变压器钳位DC/DC变换器,并对基于串联谐振方式的变压器钳位3电平DC/DC变换器作了详细的分析。该变换器利用变压器钳位,无需辅助元器件,每个主开关电压应力是输入电压的一半,输入分压电容上的电压自动均压,大大降低了输入分压电容的容量要求。文中对变压器的钳位原理进行了分析,并通过一个6 kW的原理样机进行了实验验证。

车载充电电源DC/DC变换器数字控制系统设计

针对车载充电电源核心部分移相全桥DC/DC变换器存在的动态响应慢、次谐波振荡和软开关范围受限等问题,设计了新的移相全桥DC/DC变换器控制系统。采用基于数字信号处理器(DSP)的数字峰值电流控制,引入斜坡补偿,提出了自动死区控制技术,并设计了驱动电路和采样电路,试验结果表明,该电源消除了次谐波振荡,实现了宽范围的软开关,提高了系统的动态性能和抗干扰能力,优化了电源效率。

改进移相全桥DC/DC变换器的建模研究

针对电动汽车车载充电器后级移相全桥DC/DC变换器拓扑所存在的技术不足,论文首先介绍了一种改进的移相全桥变换器拓扑,分析变换器工作于电流断续模式(Discontinuous Current Mode,DCM)的基本原理,研究变换器在2 kW工况下的关键元器件参数设计,再进而提出采用开关元件平均模型法建立工作于DCM的改进移相全桥变换器的理想小信号模型,且应用扫频分析证实改进移相全桥拓扑结构DC/DC变换器建模方法及所建模型的合理性。

车载辅助DC/DC变换器设计

设计了一种以交错并联Boost变换器和LLC变换电路构成两级型的辅助DC/DC变换器。详细给出两级DC/DC变换器的设计方法,针对宽输入电压范围200-375 V,输出电压为12 V,制作实验样机进行验证。

一种新型单级无电解电容AC-DC高频隔离变换器

针对现有车载式充装置存在的大量电解电容影响变换器使用寿命的现象,提出了一种新型单级AC-DC高频隔离式无电解电容变换器。所提单级拓扑输入端无二极管整流桥,同时直流母线不存在电解电容。所提变换器拓扑单元中的两个全桥单元不仅可以实现功率因数矫正,而且可充当隔离式DC-DC变换器的初级侧电路。该结构可有效降低磁化电流的大小,从而减小变压器体积和减少多余的磁芯损耗。另外,该变换器可实现开关ZVS导通和ZCS关断。最后,通过搭建一台3 kW的实验样机,以验证所提变换器的有效性和可行性。

一种适用于电动汽车的无电解电容单级双向AC/DC变换器

针对电动汽车充电电源额外热量产生影响电池使用寿命的问题,提出一种无电解电容隔离式单级双向AC/DC变换器。该变换器能有效阻止低频功率纹波注入电池单元,减少了额外热量的产生;同时电解电容的消除也大大提高了系统的可靠性。控制策略方面,提出的一种四相控制器,不仅能使所有开关管实现零电压开关(Zero Voltage Switch,ZVS),并在导通损耗进行了性能优化。最后,通过PSIM仿真软件和实验样机,验证了理论分析的正确性和可行性。

电动汽车车载充电器PFC AC/DC变换器设计

为了减少电动汽车接入电网充电时对电网的谐波污染,同时提高电力利用率,必须进行功率因数(PFC)校正。PFC AC/DC作为车载充电器的核心部分之一,可为后级DC/DC系统提供稳定的直流电压。针对功率等级为2 k W的车载充电器,采用升压(Boost)PFC主拓扑结构和基于平均电流控制的AC/DC变换器设计方案,设计了具有PFC的AC/DC变换器,详细给出了其主电路和控制电路的设计流程,包括器件选型、控制策略选择、主电路及控制电路的参数配置。最后通过系统仿真及样机实验测试,验证了系统动态及静态性能。

EV充电器中DC/DC变换器共模EMI研究与抑制

直流/直流(DC/DC)变换器是电动汽车(EV)充电器的重要组成器件,同时也是影响电动汽车充电器电磁环境的主要干扰源之一。针对充电器中DC/DC变换器产生的共模电磁干扰(EMI),基于电磁干扰源和干扰传播路径,提出一种带钳位二极管的电压互补性移相ZVS-DC/DC全桥变换器对变换器产生的共模电磁干扰进行抑制。首先对充电器中降压型DC/DC全桥变换器的工作原理和其中主要的EMI干扰源进行分析,其次对DC/DC变换器共模电磁干扰传播路径进行建模和理论推导,最后在Matlab软件上对产生的共模电磁干扰进行仿真分析。文中搭建了采取抑制方法后的变换器电路,并通过仿真验证该方法的可行性。对结果进行分析,该方法能有效的降低DC/DC变换器的共模电磁干扰,使电动汽车充电器的电磁兼容性得到了提高。

基于移相全桥的车载辅助充电DC-DC变换器设计

针对纯电动汽车辅助充电DC-DC变换器的设计问题,对纯电动汽车电气系统结构及DC-DC变换器的应用需求进行了分析。并根据实际需求设计了一款基于移相全桥拓扑的DC-DC变换器。该变换器通过在电路原边外加电感拓宽了电路的ZVS范围,通过在原边变压器及外加电感间增加两个箝位二极管抑制了电路的电压尖峰;同时副边采用同步整流技术进一步提升了电路效率。最后给出了电路关键参数的设计过程和控制的实现方法,并搭建了一台实验样机对理论分析进行了验证。研究结果表明,所设计的样机能够输出160 A电流并实现了轻载96%以上的效率。

应用于车载充电器的双向DC-DC变换器综述

在车载充电器的工作环境中,双向DC-DC变换器要满足功率密度大和宽输出电压范围以及体积小和效率高等条件。根据是否存在电气隔离,车载充电器的双向DC-DC变换器拓扑大致可分为非隔离型和隔离型。不同类型的变换器其拓扑结构和控制方法都不尽相同,相应地有不同的性能表现,同时,宽禁带器件的发展也在提升双向DC-DC变换器性能方面表现出了巨大的潜力。对这些拓扑和控制方法的演变过程进行了详细地分类和总结,对新器件带来的影响进行了综合叙述,同时归纳了目前仍存在的问题,最后提出对其的展望与总结。

AC/DC单体电池充电机的研制

为了满足单体电池对充电机低压、大电流的要求,同时减少对电网的谐波污染,研制了一款AC/DC单体电池充电机。前级采用Boost APFC技术,实现宽电压输入、功率因数校正和母线稳压;后级采用LLC SR技术,解决二次侧整流二极管的损耗问题,实现电气隔离和降压。分析了级联变换器的工作原理,探讨了其设计方法。样机试验表明,整机功率因数、效率较高,且成本较低,验证了设计的可行性与有效性。

DC 600V客车充电器输入熔断器故障原因分析

分析了DC 600V客车充电器输入熔断器的故障原因,并提出了改进方案。

DC 600 V客车充电器支撑电容保护策略研究

分析了DC 600 V客车充电器支撑电容在实际运行工况中发生的故障,提出了在DC 600 V客车充电器支撑电容回路增加熔断器的保护策略,并通过对比试验验证了加装熔断器防止电容爆炸的可行性及有效性。

DC 600 V供电客车充电器输出过压冗余保护解决方案

介绍了统型DC 600 V供电客车充电器的过压保护原理、输出过压冗余保护方案、控制线路改造方案以及试验验证结果。

动车组充电机直流支撑电容寿命评估方法研究

充电机是动车组直流供电系统的核心环节,而直流支撑电容是充电机中的关键元件,如何准确评估直流支撑电容的寿命状态对充电机的故障预测及修程修制的合理安排具有十分重要的意义。针对此问题,对动车组充电机直流支撑电容失效机理进行分析,研究不同失效模式对电容退化程度的影响及对应的失效判据;在此基础上,提出一种基于阿伦尼斯模型的电容双应力加速寿命模型;为验证所提模型的正确性,开展基于不同纹波电流和温度的加速寿命实验,通过加速寿命实验确定电容实际失效时间,其与电容双应力寿命模型计算所得的电容理论失效时间相比,误差小于8.7%,验证了所提电容双应力加速寿命模型的正确性。在此基础上,进一步提出动车组充电机直流支撑电容寿命评估方法,实现动车组充电机直流支撑电容在实际运营工况下寿命的准确评估。

光伏-直流智能充电桩有序充电策略与应用效果

在双碳目标的指引下,建筑屋顶可作为分布式光伏的重要场景,同时汽车电动化是交通领域减碳的关键举措。然而,大量光伏出力和电动汽车充电需求在时间上的不匹配,给电网稳定性带来较大压力。提出一种光伏-直流智能充电桩的有序充电策略,在满足充电需求的基础上,减少外网供电,可有效提高光伏自消纳能力和负荷满足率。以北京市某办公建筑为例,通过实验测试和模拟计算,分析了不同天气条件下系统运行效果。结果表明,该充电策略可以完全利用建筑光伏满足电动汽车充电需求,无须向外网取电,即负荷满足率可达100%。与传统恒功率充电方式相比,光伏消纳率提高了42%,光伏最大并网功率下降了54%,为建筑光伏高效利用和交通领域电气化提供借鉴和参考。

关于电动自行车用充电器充电制式检测方法的研究

电池的多样性导致了充电制式的多样性。对一款未知充电器的充电制式,特别是当充电制式有多个充电阶段,且每个阶段有多个跳转条件的智能型充电器,需测试其充电曲线,了解该充电器的充电制式分为几个阶段,且每个阶段是什么模式,然后对每个阶段的具体参数进行针对性的检测。经过对多种不同充电器的各个阶段的参数及跳转条件的研究,笔者找到了一种检测方法。使用直流电子负载模拟电池,通过恒流工作模式、恒压工作模式、恒阻工作模式、恒功率工作模式,对不同的充电条件进行设置,能任意控制电流、电压的时长,从而在检测出所需的参数的同时,大幅度缩短检测周期。

电动汽车直流充电机负荷特性及建模与应用

直流充电机系统作为一种重要的能源补给设备,对于电动汽车推广应用具有重要的基础支撑作用。文章通过分析电动汽车直流充电机的系统结构和工作原理,研究建立了直流充电机负荷模型。通过分析充电机交流侧和直流侧的动态过程,理论推导了充电机在吸收电力系统基波功率的同时,会产生一定规律的谐波电流注入。通过研究单台充电机及多台充电机的多谐波源网络模型动态特性,研究了充换电站作为电力系统一个公共耦合点(PCC)所表现的谐波迭代效应。仿真建模和实测结果表明,充电机作为一种新型的非线性负荷,表现出稳态谐波源特点。

不同类型电动汽车充电机接入后电力系统的谐波分析

电动汽车充电站接入电力系统产生的谐波主要来自充电机的整流装置,因此有必要对由不同整流装置构成的充电机接入系统产生的谐波进行对比分析,为充电站的谐波治理和充电机选择提供依据。使用PSCAD软件设计了充电机谐波测量模型,建立了三相桥式不控整流充电机、12脉波整流充电机、脉宽调制整流充电机的仿真模型,使用快速傅里叶变换法测量了谐波,并对数据进行了对比分析。该模型能够为充电站选择充电机提供依据。该方法可用于集中式、采用常规充电方式的大型充电站接入系统的谐波分析。