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大功率双向交直流电源主要应用


  来源: 泰勤仪器 时间:2022-03-15 编辑:清风
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1、大功率双向交直流电源主要应用


在混合动力电动汽车(HEV)或电动汽车(EV)中,车内将有车载充电器为汽车蓄电池充电。充电电源从电网流向车辆,也称为G2V。


在一些新的HEV或EV设计中,要求车辆允许从电池回流到电网(也称为V2G),或在孤岛状态下向交流设备供电,具有V2G要求的HEV或EV需要大功率双向AC-DC电源作为其车载充电器。



2、大功率双向AC-DC电源使用案例


包括不间断电源、UPS和储能系统ESS。在UPS和ESS中,电池安装在系统中。当一次能源存在时,蓄电池充电。当一次能源不存在时,电池的能量用于向负载提供能量。


UPS和ESS中的双向交直流电源通常需要一个功率为几千瓦的电源。值得注意的是,当一次能源不存在时,UPS和ESS需要快速能量流转换,而今天的HEV和EV车载充电器不需要快速能量流转换。


让我们以车载充电器为例,展示如何构建大功率双向AC-DC系统。车载充电器电源级由两部分组成——交流-直流非隔离整流器和隔离直流-直流转换器。这种两阶段方法优化了整个系统的效率、功率密度,还提供了简单的接地故障保护方案,以及高等级的抗干扰性。


AC/DC整流器的输出电压可以改变以跟踪蓄电池电压。这允许隔离的DC-DC转换器在最佳效率点附近运行。由于可变电压和需要在两个方向上控制功率流,因此需要数字控制方案。


3、这种设计所需的拓扑是如何的呢?


对于交直流整流阶段,我将重点介绍单相交流输入的选项。


由于双向AC-DC电源旨在传输高功率,我们需要确保AC-DC整流阶段的功率因数较高,以最大限度地降低无功功率。此外,我们还需要产生高输出电压,以最大限度地减少交流-直流整流器和隔离直流-直流转换器的传导损耗。因此,需要一种具有有源功率因数校正的升压型双向交直流整流器。


有三种常用的交直流整流器符合这些选择标准。它们是图腾杆无桥PFC和带双向开关的无桥PFC。在这些配置中,传统的二极管需要被允许双向电流流动的开关(如MOSFET)所取代。


虽然无桥PFC配置看起来很复杂,但它们可以简化为交流输入正弦波的每一侧。对于正循环,如果能量从VAC传输到VBUS,则电路可以用简单的升压转换器表示。类似地,如果能量以逆变器模式从VBU移动到VAC,则电路的行为类似于buck变换器。


如果我们现在考虑交流输入的负半周期,我们也可以使用简化配置。在整流器模式下,当能量从VAC流向VBU时,类似于公共电源升压。当电路像逆变器一样工作时,它又类似于降压变换器。


双向隔离DC-DC转换器有许多拓扑选择,包括但不限于双反激、双Cuk、正向反激和双有源桥。然而,由于变压器或耦合电感器中的损耗以及尺寸的原因,大多数转换器的功率水平受到限制。


在大功率应用中,我们必须避免需要缓冲电路来耗散泄漏能量的电路。此外,为了保持高效率,软开关是必须的。双有源桥式转换器(DAB)是唯一一种能够满足这两种要求的拓扑结构。


双有源桥式变换器可分为两类——相移DAB和谐振DAB,如右图所示。现在让我们进一步讨论每个配置的操作。


移相双有源电桥通过在变压器上施加一次和二次电桥各占空比为50%的电压来运行,能量流通过改变初级和次级之间的相位差来控制。


与相移双有源电桥不同,谐振双有源电桥在可变开关频率下工作。输入全桥产生一个方波,馈入谐振腔。通过改变开关频率,谐振腔将具有不同的增益,从而改变谐振腔电路的输出电压。


谐振双有源电桥,它是一种CLLLC,即三个Ls串联谐振双有源电桥。在谐振双有源电桥中,也可能存在不同的谐振腔,导致不同的响应。重要的是确保谐振双有源电桥在增益曲线具有负斜率的点运行,因为负斜率电压增益曲线确保电感输入阻抗。这是输入开关实现零电压开关的必要条件。


关键词:大功率 双向 交直流电源 AC-DC电源    浏览量:6844

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