LLC电路的参数计算

描述

我们提到,后级采用的是两个LLC并联输出,以此来达到最大功率、小体积和高效率的要求,所以15KW为例,单个以7.5KW进行设计。 我们列举主要工况:

直流母线电压额定值:800V(±400V)

充电电压范围:200V~750Vdc

最大输出功率:7.5KW

第一谐振频率:110KHZ

01谐振腔参数

为了保证电路额定工作状态处于较高效率,一般把额定状态点设定为第一谐振点,根据此时的电压增益1,选取输出电压为560V时来作为调频和移相控制的分界点。 这里我们忽略母线电压纹波带来的影响,得到变压器变比和交流等效电阻如下:

LLC电路

LLC电路

调频模式下,LLC电路的最大电压增益Gmax为:

LLC电路

移相模式下,电路的最小电压增益Gmin为:

LLC电路

移相控制下最大的移相角和占空比为:

LLC电路

传统的调频模式下,当所需输出电压低于560V时,采用继续降低频率的方式。 而采用定频移相的模式,可以有效地提高电路增益地变化范围,提高电路在低电压输出时地效率。 这里,我们去电感比(Lr/Lm)为k=0.2,那么我们可以得到品质因数Q的选择范围为:

LLC电路

我们取Q=3.5,再根据所期望的开关频率110KHZ,则有:

LLC电路

则根据电感比k=0.2,可得Lm=Lr/k=78.5uH。

为了保证开关管实现ZVS,在此需要对MOS的关断电流进行校验:

LLC电路

可知ILm_max>Ip,关断电流可以满足开关管放电完成。 我们可以利用Matlab来验证所选参数是否满足输出电压增益的要求,如下:

LLC电路

由上可知,电路的第二谐振频率为44.97KHZ,此时电路的增益最大,可达到1.537,大于电路最大输出时所需要的1.339,所以所选参数可以保证ZVS条件下能够为输出电压的范围保留裕量。

02主要器件的选型

以下,我们来聊聊主功率器件的电压电流等级:

变压器初级电流可以分为励磁电流和输出电流两部分,可得:

LLC电路

①开关管计算

根据上式,开关管上电压电流的最大值为:

LLC电路

LLC电路

电压选取以20%的裕量,即1.2*400=480V; 电流选取50%的裕量,即18A.同时考虑温度和散热的影响,在此选择电压等级650V和电流43.3A(T=100℃)的MOSFET,具体选型大家结合实际来看。

②次级整流管的计算

次级整流管的电压最大值为VD=750V,

电流有效值为ID=Ioac_rms/√2=7.85A,平均值为Iodc/2=5A

电压可以考虑20%的裕量,电流考虑到不平衡的因素取40%的裕量。

③谐振电容的最大电压值计算

谐振电容电流有效值和最大电压为:

LLC电路

我们可以选择额定耐压为473J/1000V,材料为MMKP82的薄膜电容,三个并联来得到谐振电容(电容并联可以降低ESR和ESL等好处)。 其损耗角正切值小于0.1%,故障下5s内可承受最大电压为1600V。

谐振频率下,输出电容的电流有效值为:

LLC电路

至此,关于直流充电桩系统的大概介绍就算聊完了,希望能够给大家带来一些帮助。 同样,也希望大家能够喜欢。

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