一种应用于电动汽车充电机的谐振变换器设计

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1、第16卷第6期电源学报Vol.16No.62018年11月J电ournal源ofPowe学rSuppl报yN总o第v.28001期8DOI：10.13234/j.issn.2095鄄２８０５．２０１8．6.92中图分类号：TM46文献标志码：A一种应用于电动汽车充电机的谐振变换器设计邱富君，胡长生，徐德鸿（浙江大学电力电子技术研究所，杭州310027）摘要：介绍了一种电动汽车充电模块拓扑，该拓扑包括了前级的PWM整流器和后级的谐振变换器。由于电动汽车车载电池的电压变化范围较宽（200～450V）,为了提高全电压范围的转换效率，谐振变换器根据输出电压的变化，分别工作于3种模式：亚谐振

2、频率调频模式、固定开关频率模式和超谐振频率调频模式。分析了3种工作模式的损耗，设计了谐振变换器的主电路参数，并在10kW实验样机进行了验证。关键词：谐振变换器；宽范围输出；高效率DesignofResonantConverterAppliedinEVChargerQIUFujun,HUChangsheng,XUDehong（InstituteofPowerElectronics,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China）Ａｂｓｔｒａｃｔ：AtopologyofEVchargerisintroducedinthispaper,whichinclu

3、desthefront鄄endPWMrectifierandtheback鄄endresonantconverter.Sincethebatteryvoltagevariesinarelativelywiderrange（200～450V）,inordertoim鄄provetheconversionefficiencyinthefullvoltagerange,theconverteroperatesinthreemodesaccordingtothechangeinoutputvoltage,i.e.,belowresonant鄄frequencyFMmode,fixedswi

4、tchingfrequencymode,andaboveresonant鄄frequen鄄cyFMmode.Thelossanalysisinthesethreemodeswasperformed;theparametersofthemaincircuitintheresonantconverterweredesigned,whichwereverifiedona10kWexperimentalprototype.Keywords:Resonantconverter;Wideoutputvoltagerange;Highefficiency电动汽车清洁无污染，是汽车产业发展方向。换

5、器能够保持较高的效率。但此方案对前级PFC[1鄄2]直流快速充电站是电动汽车的必备基础设施。目效率影响比较大，同时由于LLC输入电压变化范围前市场上的直流充电站充电模块以两级结构为主，大，变压器的设计是一个难题。文献[6]是考虑将直由前级三相PWM整流器和后级DC/DC变换器组流母线电压恒定，变换器全范围工作于亚谐振频率[3]成。由于车载电池电压一般在200～450V之间变调频模式，在输出电压升高时，工作频率降低，变压化，电压变化范围宽，不同电压输出时充电模块转器最大工作磁密显著升高，产生较大磁芯损耗。同换效率落差较大，同时对充电模块拓扑和控制的设时全范围工作在亚谐振频率调频模式，

6、会产生较高[4]计带来挑战。的环流，增加电路损耗，导致该方案工作于宽电压针对输出宽电压范围，文献[5]提出使后级LLC范围整体效率下降。文献[7]采用调节频率和移相的变换器工作在固定开关频率在谐振频率，通过前级混合控制策略来进行电压调节，在输出低压及轻载PFC来实现电池端电压宽范围的调节，这样LLC变情况时通过调频进行调节能力有限，采用移相控制，提高轻载的效率。收稿日期：2017鄄10鄄18；修回日期：2018鄄03鄄15本文利用直流充电站充电模块前级PWM整流基金项目：国家自然科学基金资助项目（51337009）器电压增益的一定调节能力，兼顾考虑亚谐振频率ProjectSuppo

7、rtedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina（51337009）调频模式和超谐振频率调频模式调压能力与效率，第6期邱富君，等：一种应用于电动汽车充电机的谐振变换器设计93来解决充电模块电压增益变化范围大的问题，改善件的损耗随之增加。为了提高谐振变换器效率，缩全电压范围变换效率。对谐振变换器在亚谐振频率小变换器工作频率范围，可以利用充电机的前级调频模式、超谐振频率调频模式下的损耗进行了分PFC调节直流母线电压，后级谐振变换器