电动汽车车载充电机用LLC谐振变流器研究.pdf

电动汽车车载充电机是电动汽车电池充电的关键设备，它利用电力电子技术将电网的交流电转换为适合电池充电的直流电。随着技术的发展，碳化硅（Silicon Carbide, SiC）器件因其高耐温、低损耗特性，在车载充电机领域的应用越来越受到关注。本文主要研究了基于碳化硅MOSFET的全桥LLC谐振变流器在车载充电机中的应用，以满足高效、快速充电的需求。 车载充电机通常采用两级结构，包括AC/DC的Boost变流器和DC/DC的LLC谐振变流器。Boost变流器负责功率因数校正和直流母线电压的稳定，而LLC谐振变流器则提供了电气隔离、宽输出电压范围和高效的软开关操作。LLC谐振变流器的优势在于能够在全输出电压范围内实现软开关，减少开关损耗，从而提高整体效率，同时降低了电流应力。 本文中，研究者将碳化硅MOSFET集成到全桥LLC谐振变流器中，构建了一个新的车载充电机拓扑。这种拓扑结构中，四个碳化硅MOSFET作为可控开关，与全桥不可控整流网络相结合，形成一个高效能的转换系统。通过对谐振电流和励磁电流的分析，可以计算出变流器的损耗和效率。在谐振点，通过优化谐振电感（Lr）、励磁电感（Lm）和工作频率（fr1），可以进一步提升效率。 实验结果显示，所设计的全桥LLC谐振变流器在输入电压400VDC、输出电压240至420VDC范围内，开关频率90至160kHz时，效率可超过97%，功率因数大于或等于0.99，输出功率达到3.3kW。实验波形表明，无论在高还是低输出电压下，原边开关管都能实现零电压开关（ZVS），副边二极管也能实现零电流开关（ZCS），从而确保了高效运行。 通过对比分析，碳化硅MOSFET在LLC谐振变流器中的应用证明了其在车载充电机后级DC/DC电路中的可行性和稳定性。这不仅提高了车载充电机的效率，还有助于缩短充电时间，增强电动汽车的续航能力，对推动电动汽车行业的发展具有重要意义。未来，随着碳化硅器件成本的下降和技术的进一步成熟，其在电动汽车领域的应用将会更加广泛。