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具有宽输出电压范围的改进增益单相Buck-Boost PFC变换器及其在通用输入电动汽车应用中的研究
Improved Gain Single-Phase Buck-Boost PFC With Wide Output Voltage Range for Universal Input EV Applications
| 作者 | G. K. Naveen Kumar · Arun Kumar Verma · N. Sandeep |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年6月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | PFC整流 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 电动汽车 车载充电 IGBB功率因数校正变换器 效率 总谐波失真 |
语言:
中文摘要
本文介绍了一种用于电动汽车(EV)车载充电(OBC)的改进型增益升降压(IGBB)功率因数校正(PFC)交直流转换器。所提出的转换器可在 1 - 3.3 千瓦的功率范围内实现高效充电。在传统的高增益且占空比接近 1 的升降压 PFC 中,大幅的电压增益使其在特定运行条件下达到最优配置。然而,所提出的配置无需额外组件即可解决上述问题。所提出的转换器能够在占空比不超过 0.5 的情况下进行降压和升压操作,从而降低传导损耗并提高效率。最后,开发并测试了一个 1 千瓦的缩小比例实验室原型,以验证其有效性和稳定性。该原型在 85 至 265 伏交流的通用输入范围内,于 48 - 400 伏的宽输出电压范围内展现出卓越性能。结果表明,它能够将输入电流的总谐波失真(THD)控制在规定范围内。
English Abstract
This article introduces an improved gain buck-boost (IGBB) power factor correction (PFC) ac–dc converter for on-board charging (OBC) of electric vehicles (EVs). The proposed converter facilitates efficient charging across a power range of 1–3.3 kW. In conventional buck-boost PFCs characterized by a high gain and a duty ratio approaching unity, substantial voltage gain optimizes the configuration for specific operational conditions. However, the abovementioned issue is resolved in the proposed configuration without additional components. The proposed converter can perform buck and boost operations with a duty ratio not exceeding 0.5, thereby reducing the magnitude of conduction losses and improving efficiency. Finally, a 1 kW down-scaled laboratory prototype is developed and tested to confirm its validity and robustness. It demonstrates a superior performance across a wide output voltage range (48–400 V) for a universal input range from 85 to 265 V ac. The results demonstrate its ability to keep the input current's total harmonic distortion (THD) within specified limits.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项改进型Buck-Boost功率因数校正技术对我们的电动汽车车载充电机(OBC)产品线具有重要的技术参考价值。该技术通过优化拓扑结构,在不增加额外元器件的前提下,将占空比控制在0.5以内,有效降低了传统Buck-Boost变换器在高增益工况下的导通损耗,这与我们在光伏逆变器领域追求的高效率、高功率密度设计理念高度契合。
该方案最突出的优势在于其宽输出电压范围(48-400V)和全球通用输入电压适配能力(85-265V AC),这对阳光电源拓展全球新能源汽车充电市场极具战略意义。特别是在储能系统与充电桩一体化解决方案中,这种宽范围适配能力可以简化产品平台,降低研发和制造成本,提升我们在光储充一体化系统中的竞争优势。
从技术成熟度评估,该方案已完成1kW原型验证,THD指标符合国际标准,但距离3.3kW的商业化应用仍需进行可靠性、EMC和热管理等工程化验证。对于阳光电源而言,主要技术机遇在于:可将此技术与我们现有的数字控制平台和SiC/GaN宽禁带半导体技术深度整合,进一步提升系统效率至95%以上;同时该拓扑的高增益特性也适用于我们正在开发的800V高压快充平台。
潜在挑战包括在更高功率等级下的磁性元件设计优化、宽负载范围内的效率平坦化控制,以及如何与我们的智能能量管理系统实现协同。建议启动技术预研项目,评估其在22kW大功率OBC及V2G双向充电应用中的可行性。