基于sicmosfet车载充电机用高频全桥llc变换器研究

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1、基于SiCMOSFET车载充电机用高频全桥LLC变换器研究蓝桂星浙江大学电气工程学院摘要：为了在满足较高的功率密度要求下，设计适应电动汽车用的锂离子电池充电机,提出了一种基于碳化硅MOSFET的高频全桥l±C变换器。针对电动汽车动力电池的充放电特性，对锂离子电池在恒电流充电模式通过基于基波等效法进行建模,并在此基础上研究设计了变换器在高频工作状态变压换器谐振参数。设计搭建了一台最大输出功率6600W,输出电压为300V到450V的全碳化硅LLC变换器。实验结果表明:在减小了无源器件体积的前提下，该变换器达到了较高的效率（峰值效率达到了

2、9&4%），总体上较大地提高了变换器的功率密度。关键词：SiCMOSFET;午载充电机;I丄C变换器;作者简介：蓝桂星（1991-）,男，福建龙岩人，硕士研究生，主要从事电力电子技术方面的研究工作。E-mail:languixingl@163.com收稿日期:2017-02-11Highfrequencyfull-bridgeLLCconverterwithSiCMOSFETusedinon-boardEVchargerLANGui-xingCollegeofElectricalEngineering,ZhejiangUniversi

3、ty;Abstract：Inordertoachievehigherefficiencyandhigherpowerdensityforanonboardlithium-ionbatterychargerofelectricvehicle,aninductor-inductor-capacitor(LLC)resonantdc~dcconverterdesignprocedurewithSiCMOSFETwaspresenteel.AccordingtothecharacteristicofChargingprofileoflithu

4、m-ionbattcrypack,adesignmethodologybasedonfundamentalharmonicapproximationwasproposedandvalidatedthroughexperimentsonaprototypeconverting800Vfromtheinputtoanoutputvoltagerangeof300V-450Vat6.6kW.TheresuItsindicatethatunderthepremiseof1oweringthevolumeofpassivecomponents,

5、thepeakofficicncycanreach98.4%andthedesignprocedurecanimprovethepowerdensity.Keyword：SiCMOSFET;EVCharger;LLCconverter;Received：2017-02-110引言采用新技术以降低汽车能耗与排放已经成为汽车技术发展的重要方向，而纯电动汽车实现了路面零排放和低能耗，成为节能减排最佳方案之一。锂离子动力电池技术的快速发展，让电动汽车在价格上的竞争力越来越强。针对传统车载充电机，本研究主要是对其后级DC/DC电路进行相关研究。

6、1拓扑结构的选择目前，大部分的车载充电机都是采用两级结构，输入为单相或三相工频交流电，前级是用于功率因数矫正(PFC)的Boost型AC/DC变换器，后级是用于隔离与调压DC/DC变换器，最后输岀与电池相连［1-4］。车载充电机结构如图1所示。图1车载充屯机结构图下载原图对于大功率充电机，通常通过三相电进行充电，而三相PFC的输出电压为800V。而对于800V的母线电压，1200V1GBT与1200VSiMOSFET不适合用于高频和大功率的场合。低耐压器件拓扑结构如图2所示。图2低耐压器件拓扑结构下载原图三电平全桥I丄C固（图2（a）

7、）与原边串副边并全桥IlCm（图2（b）），让每个开关管只承受一半的母线电压，从而可以用商业上比较成熟的600VSiM0S-FET,但与此同时，三电平结构多了4个箝位二极管且需要8个开关管也同时增加了电路的复杂度。而原边串副边结构虽然能够通过同一频率交错的驱动信号，实现减小输出电流纹波的效果，但两组全桥的谐振参数的不一致又会造成电流不均衡的问题。而SiCM0SFET具有宽禁带、高饱和漂移速度、高热导率、高临界击穿电场等突出优点。基于SiCM0S-FE的全桥LLC如图3所示。图3基于SiCM0SFET的全桥LLC下载原图它有如下几个优点

8、：（1）复杂度下降；（2）效率进一步提高；（3）二极管的开关损耗降低；（4）关断损耗大大减小。提高变换器工作频率，能有效减小无源元件的体积，从而有效提高变换器的功率密度。2基于基波等效法模型LLC开关频率在谐振频率附近时