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宽带隙器件怎么在汽车双向电源改造中扩充价格

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  宽带隙(WBG)开关器件由于其高疾度和高效能而得到利用,这种器件可减小功率蜕变器的尺寸•、重量和糟塌。对这些参数额外敏感电动汽车充电器和功率改良器等使用一样需求双向功率流以赢得有余的机械或电能。本文将着眼于这些运用,论说极少表率解决策动,并研商宽带隙器件怎么也许扩张编制的价值。

  大大都功率变革应用是将塬始电源调动为区别的安稳电压,寻常还具有电断绝效用。个中一个模范的使用场景是札记本电脑适配器,将交流电源更改为低压直流(DC)电源•。另一个场景是便携式开发中电池放电时,将电压提升至恒定的较高值,这些都是单向革新。但随着新能源和电动车辆的日益提升,须要功率大概在两个方进取滚动以取得足够能量。

  这种应用的一个例子是太阳能修筑•,当太阳能电池圆满充电时,DC太阳能电池板功率能够“反馈”到相易电网中,而在薄暮,交换电恐怕反过来过程双向转换器/逆变器向电池充电。另一种使用是电动车辆,其中双向DC-DC蜕变器将400V动力电池电压降至12V以用于援手建筑。当动力电池处在较劲加害的低电量时,DC-DC调动器在迫急境况下可以将功率从12 V反转到400 V。

  在能量以这种款式在电池之间换取时,必需斟酌充电机制,此中12V铅酸电池需求限定电流直到其到达完全充电状态,之后是涓流电流。比拟之下•,400 V锂离子电池则须要特殊小心地限制恒定电压。因此•,变革器节制算法必须适关能量流的偏向。此刻正在探讨的一个安排是,过程家庭充电站中的另一个双向改变器或逆变器将充电电池能量返回到电网•,从而或者实行分散式电网储能。

  为了竣工更高出力,能量搜罗务必有最小量的损失,因而功率转换器须要采取关适的才具以赢得最佳效力,这意味着会增大芜杂性•。实现双向电源转变器恐怕初看起来斗劲繁芜,因而少许打算但是纯洁地选拔两个独立的“反并联”转变器,并具有感受才干以引发其中一个。这或者是一种“更便当”的筹划,但会导致高两倍的元件数量和反应的成本。

  一种更典雅和更具资本效率的手法是将肖似的功率组件开发为在两个方向上运行,云云做并不像看起来那幺重重•。以一种400V动力电池和12V帮忙电池的处境为例,方向是已毕双向、具有电远离的能量交换•。从400 V到12 V,首选功率级拓扑布局是一个全桥电路,或者限定开合应力,并不妨高效地应用隔断变压器。其输出是两相整流器,将其举动首选是出处它可达成最小应力和最少的元件数量•。12 V电源若何反向变更为400 V大概并不明确,平常环境下,12 V输出二极管由同步整流器庖代,开合Q1-4可以树立为OFF,只留下体二极管D1-4在电路中运行。

  从右到左观望••,大概看到一个熟习的电路,一个带有全桥输出整流器的电流馈电推挽式功率级。绝对的功率器件或磁性元件都没有产生蜕化•,它们但是以差异的款式节制来决计能量流的方向。Q1-4也恐怕行动同步整流器踊跃开闭以进步效能,假使在400V时,电流较低,云云做大概不是必须的•。使用现有的专用芯片来限制功率级是杀青双向性能的合节。

  控制IC平凡位于低压侧•,因为它可以便利地从12V电池得回启动电源,假若高压侧是相移全桥拓扑(PSFB)架构,节制器或许简单地源委纯朴的变压器使栅极驱动旌旗逾越远离屏障•。由于旗帜总是固定宽度,不外互相之间具有相移以完工调制,变压器可能简单应对可变脉冲宽度,导致分别峰值的正向和负向栅极电压•。

  好像的式样可用AC-DC转换器实现,个中积极桥式整流器被摆设为逆变器的歧路,用于反向能量滚动。今生一种本事是行使“图腾柱”整流器和功率因数校对(PFC)级,这异常合适兴办为替代逆变器•。

  宽带隙、碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)半导体器件现在是硅功率器件的主流取代品。行动开闭产品,它们具有比硅器件更低的导通电阻,更疾的边沿快率(edge rates)•,况且具有更高的做事温度。分立式SiC二极管没有反向复原电荷,完好更高的额定电压。 SiC开闭坚固耐用,具有高雪崩能量和超卓的短路电流额定值,况且具有极快的体二极管。SiC MOSFET、JFET和共源共栅结构(级联型)而今市场都可以供应•,个中共源共栅型是Si-MOSFET和JFET的“常关断”拉拢,具有亲切理想的开关天性。

  当然WBG器件可相宜于多种电源改造运用•,但它们格外适用于那些效率和尺寸为紧要商量成分的双向改变器•。快速开合周围使器件具有高处事频率和低开关花费,这反过来赞同采取更小的被动元件,分外是小的磁性元件。

  假使电路中的Q1-4建造为同步整流器•,而不是将其创制为OFF并赞同体二极管出现整流器,则开关恐怕是高压Si-MOSFET,与SiC比较•,这些开合花费也会更高。高压MOSFET还具有较差的体二极管反向恢复本性••,这或者导致器件失效。于是也许行使SiC共源共栅,当然它具有高额定电压•,但具有与低压Si开关如同的等效体二极管,同样具有额外低的正向压降和疾疾光复,所以也可告竣低破费运行•。

  时时境遇下,全桥Q1-4手脚功率级会进程谐振模式中的“相移”控制实行左右。暂时,对付几百瓦以上的利用,这是告竣最佳效率的优选模式•,并可在开合导通时告终零电压开关(ZVS),外部电感恐怕与变压器电容和开关输出电容COSS完结共振。SiC器件,非常是共源共栅,具有异常低的COSS值,所以只需相对较低的外部电感用于谐振,这有助于增大占空比节制和/或最大化开关频率。

  如上所述,SiC器件有助于竣工双向功率改良,并可实现更顽劣量消磨等紧要参数, 这是太阳能和电动汽车等行使中电池编制采撷能量的主要指标。UnitedSiC可提供各样SiC二极管、JFET和SiC FET共源共栅,并可需要洪量、十分有用的行使原料援助。

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