电动汽车双向车载充电机OBC拓扑结构设计

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近年来，随着电动汽车充放电技术的不断发展，特别是以迪龙新能源为代表的企业在车载充放电技术上不断研发创新，电动汽车双向车载充放电越来越受到市场的关注。

为了满足当下车辆给家庭供电、车辆为户外旅行用电设备供电、车辆到电网、车辆对车辆进行充电等新应用场景，车载充电机（On-Board Charger；OBC）正在从单向拓扑向双向拓扑转变，采用双向OBC提高系统效率是未来的一种新趋势。

图一

作为全球优质的OBC供应商，迪龙新能源研发团队正在为电动汽车整车厂配套研发双向OBC产品。

据迪龙新能源双向OBC系统研发工程师介绍：电动汽车OBC的设计需要高功率密度和最大化效率，以缩小体积并最小化重量达到节约整车空间的目的。

双向OBC由一个双向AC-DC转换器组成（通常是一个功率因数校正PFC电路或有源前端AFE电路），后面跟着一个隔离双向DC-DC转换器。

在输入端，最广泛使用的单相拓扑PFC升压转换器并不支持双向操作，而图腾柱PFC通过消除桥式整流器级来提高效率，将传导路径中的半导体器件数量从三个减少到两个。

图二

如图二所示，从升压拓扑（a）更改为图腾柱PFC（b）可提高效率并允许双向操作。

图腾柱PFC包含两个不同功率工作的半桥，高频桥臂进行升压、整流，以高频率切换；低频桥臂主要对输入电压进行整流，在50/60Hz的频率下切换。

在欧洲一些地区，三相电源可用于住宅用电，通常可以使用三相6开关PFC或AFE拓扑，如图三所示。

图三：双向三相6开关PFC拓扑

还有其他类型的三相PFC，例如T型PFC是一种三电平转换器，它的好处是开关损耗更低，电感器尺寸更小，不过这会增加系统的复杂性、更多的器件数量、更高的总成本和转换器的总体尺寸。

因此，图三所示的基本2电平三相PFC转换器，是三相双向OBC最常用拓扑。

单向OBC中的DC-DC转换器通常采用LLC谐振拓扑，这是一种单向拓扑，在反向工作模式下，转换器的电压增益会受到限制，从而降低了其性能。

因此，图四所示的双向CLLC谐振转换器更适合双向OBC的DC-DC级，它在充电和放电模式下都实现了高效率和宽输出电压范围。

图四：双向CLLC DC-DC拓扑

在电动汽车双向OBC应用中，CLLC谐振转换器采用软开关提高效率，采用初级侧的零电压开通（ZVS），次级侧ZVS+ZCS开关相结合的方式。

另一种常见的双向DC-DC转换器拓扑是双有源桥（DAB），它的操作非常简单，通过移相调节输出。

然而它的ZVS范围有限，并且由于DAB关断电流高于CLLC，开关损耗高于CLLC，因此，DAB的效率低于CLLC。

审核编辑：汤梓红