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威廉希尔官方网站 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威廉希尔官方网站 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