雷竞技网页版研究与评论-国际期刊雷竞技苹果下载

国际计算机与通信工程创新研究杂志

菜单

在线刊号(2320-9801)印刷刊号(2320-9798)

所有提交的EM系统将被重定向到网上投稿系统．作者被要求将文章直接提交给网上投稿系统各自的日志。

插电式混合动力汽车电池充电的交错升压变换器拓扑结构与电压倍增器比较

Dr.R.Seyezhai1, V.Aarthi2 *
  1. 印度泰米尔纳德邦金奈市SSN工程学院EEE系副教授
  2. 印度泰米尔纳德邦金奈市SSN工程学院EEE系研究生
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

更多相关文章请访问国际计算机与通信工程创新研究杂志

国际计算机与通信工程创新研究杂志

摘要

针对插电式混合动力汽车(PHEV)的电池充电问题，研究了三种不同拓扑结构的交错Boost变换器(IBC)电压倍增器。使用DC-DC升压变换器来提高电压。在这里，交错结构是用来减少输入电流纹波，输出电压纹波，功率损失和减少输入电流馈送到PHEV的电池。电压倍增器用于减少狭窄的关断周期。本文比较了三种拓扑结构:i)交错Boost变换器ii)二极管-电容倍增器交错Boost变换器iii)开关电容耦合电感交错Boost变换器。在MATLAB中对所提出的拓扑结构进行了仿真研究。对各种性能参数进行了比较，选择了最优的插电式混合动力汽车充电拓扑。结果得到了验证。



关键字
IBC;电压倍增器模块;插电式混合动力汽车

介绍
制造商正在开发混合动力电动汽车，以减少二氧化碳的排放和减少传统燃料的能源消耗。最近，汽车制造商正在开发插入式混合动力汽车(PHEV)，以减少环境污染[1]。这些车辆有一个AC/DC转换器，从商业电源供电到车载充电器，还有一个DC/DC转换器，为其配件供电。由于充电时间的限制和充电空间的限制，DC/DC变换器必须进行高效的设计。
在这项工作中，采用了交错升压变换器(IBC)来提高整流器转换成直流的输入电压。本研究采用两相交错结构，因为增加相数可提高效率，但变换器设计复杂。因此，首选两相结构。交错结构将两个电感并联，使电流路径分成两个，减小了导通损耗，提高了系统的总体η效率。
IBC的占空比选择为0.6，因为它提供了最大的效率。纹波减小是占空比的函数。由于两个相位在输出电容处结合，有效纹波频率翻倍，使纹波减小更容易[4]。由于输出纹波是单个相位频率的两倍，并且在较低的均方根电流值下，所使用的无源元件的尺寸和额定值可以大大降低。
电压倍增器用于避免狭窄的关断周期和减少电流纹波。输入端采用交错结构，将电流倍增单元和电压倍增单元分布在输出端，以实现较高的升压增益。
根据输入电流纹波、输出电压纹波、变换器增益等各种参数，对两种拓扑进行比较，选择最佳的拓扑与整流器一起用于车载电池充电器。其主要目的是获得一个高增益变换器，同时减小输入电流纹波和输出电压纹波。

IBC拓扑
A.基本交错升压变换器:
传统的两相升压变换器由两个并联的单个升压变换器组成，如图1所示。
每个开关的门控差为360/n，其中n是相位数，因为这里是两个，所以开关的门控相位差为1800。在插电式混合动力汽车[5]中，使用IBC代替传统升压变换器可将THD降低到40%左右。
操作:
首先，当器件S1接通时，电感器iL1中的电流线性增加。在此期间，能量储存在电感器L1中。当S1关闭时，二极管D1导通，电感器中存储的能量根据输入和输出电压的差值呈斜率下降。感应器开始放电并将电流通过二极管传递到负载上。在S1的一半开关周期后，S2也被打开，完成相同的事件周期。
转换比率是占空比的函数，其关系如下:
方程
其中Vin为输入电压，V0为输出电压，D为占空比。
B.带二极管-电容倍增器的IBC:
二极管-电容器倍增器电池有助于扩大电压转换比，并避免极端占空比。在该拓扑[6]中，设备上的电压应力较小。为了降低计算复杂度，采用了一级电压倍增器。带二极管-电容倍增器的IBC电路图如下:
操作:
该操作可以用四种模式解释。
模式1:
在t = t0时，开关S1为ON，因此二极管D0为OFF。交换机S2也处于ON状态，因此D1处于OFF状态。电流从t0处的最小值线性增加，电流il2在t1处线性增加至最大值。iC1为零，uc1保持不变。
模式2:
开关S2的门控信号被移除;因此二极管D1是ON的。开关S1是ON，使二极管D0关闭。电流il1仍然线性增加，电感L2给C1充电，然后开关S2被门控。
模式3:
模式3的操作类似于模式1。
模式4:
在t=t3时，开关S1关断，二极管D0开。开关S2保持ON状态，电流il1通过C1开始线性减小，C1被放电。而电流il2仍然线性增加。时间t4是一个切换周期Ts的结束。
DCM的切换模式如下:
这里的转换比率为:
方程
其中u0和uin为输入和输出电压，n为倍增单元数。
C.带开关电容器和耦合电感的IBC
这里的电压倍增器模块由开关电容器和耦合电感组成。在IBC中使用开关电容器可使电压增益重复，但如果不使用耦合电感则限制了电压增益。相反，如果耦合电感与IBC一起使用，电压增益更高且可调，但没有开关电容器，电压增益为普通[7]。因此，我们将两者集成到电路中，以获得高升压增益、高效率和低电压应力。
该拓扑结构的电路图如下:
耦合电感延长升压转换比，而开关电容器提供额外的电压转换比。耦合电感减少了电路中的磁芯损耗。这里的电压转换比为:
方程
其中Vo和Vin是输入和输出电压，n是电压倍增模块(VMM)的编号。
操作:
这个电路的工作原理可以用八种模式来解释:
模式1:
t=t0时刻，S2开关保持ON状态，S1开关开始ON。耦合电感通过正向二极管Df2将存储的能量释放到输出端。二极管Dc1, Dc2, Db1, Db2和Df1是反向偏置的。电感L1将能量传递到耦合电感的次级侧。
模式2:
在t = t1时，电源开关S1和S2都保持ON状态，所有二极管都反向偏置。由于输入电压源Vin充电，通过漏电感L1和L2的电流都线性增加。
模式3:
在t = t2时，S1处于ON状态，s2开始关闭。二极管Dc1, Db1和Df2是反向偏置的。二极管Dc1, Db1和Df2是反向偏置的。储存在L2中的能量被转移到耦合电感的次级侧。电流通过耦合电感流到输出电容C3通过反激二极管Df1。电源开关S2上的电压应力由与输出电压相等的Cc1夹紧。
模式4:
在t = t3时，由于磁化电流分布，电流iDc2自然降为零，因此二极管反向恢复损耗减轻，传导损耗降低。电源开关和所有二极管保持在以前的状态，除了钳位二极管Dc2。
模式5:
当t = t4时，电源开关S1保持“ON”状态，另一个电源开关S2开始闭合。二极管Dc1, Dc2, Db1, Db2和Df2是反向偏置的。耦合电感迅速释放储存的能量到输出端。因此，电感L2仍然将能量传递到耦合电感的次级侧。
模式6:
在t = t5时，电源开关S1和S2都保持ON状态，所有二极管都反向偏置。由于输入电压源Vin充电，通过电感L1和L2的电流都线性增加
模式7:
t = t6时，S2为ON状态，S1开始关闭。二极管Dc2, Db2和Df1是反向偏置的。功率开关S1上的电压应力由与升压变换器输出电压相等的钳位电容Cc2钳位。电感L1和电容Cc1将能量释放到输出端。这样Vc1就获得了升压变换器的两倍输出电压。
模式8:
在t=t7时，电流iDc1自然降为零，因此二极管反向恢复损失得到缓解。
D.设计公式:电容和电感的设计公式如下:
ï ·电容的值从:
方程
其中V0是输出电压
T是时间段
R是电阻
ΔV0为输出电压的纹波
D是占空比
ï §电感器的值从:
方程
其中Vin是输入电压
Fs为开关频率
ΔIL是电感器中的纹波内容
E.仿真结果:
在MATLAB中对这三种拓扑进行仿真，三种拓扑的参数均为常数:
三种拓扑结构的仿真结果如下:
采用交错Boost变换器实现了95V的输出电压。图五。andfig 6。显示输出电压波形和输出电压纹波波形与此拓扑获得。
带二极管-电容倍增器的IBC输出电压约为176V。在Matlab中得到的该拓扑的输出电压波形和输出电压纹波波形如图7所示。图8中。分别。
采用开关电容和耦合电感的IBC获得的输出电压为173V。输出波形和输出电压纹波波形如图9所示。图10。分别。

推论:
三种拓扑结构的比较表明，二极管-电容倍增器的输出电压纹波和输入电流纹波比其他三种拓扑结构略高，但它是最优拓扑结构，因此被选择用于插电式混合动力汽车的电池充电应用。

F.结论:
本文对电压倍增单元的各种拓扑结构进行了仿真，并对各种参数进行了比较。带二极管-电容倍增器的IBC被认为是与整流器一起使用的最好的插电式混合动力汽车，可以减少输入电流和输出电压纹波，从而减小电感和电容器等无源元件的尺寸。因此，可以研制出一种紧凑高效的DC/DC变换器。

确认
我非常感谢Dr.R。Seyezhai, EEEDepartment副教授，我的导师，在整个项目的实现过程中给予我的支持、指导和鼓励。
我也感谢CRF基金会的vigneshwaran先生为我的项目提供资金支持。

表格一览
表的图标 表的图标
表1 表2

数字一览
图1 图2 图3 图4 图5
图1 图2 图3 图4 图5
图1 图2 图3 图4 图4
图6 图7 图8 图9 图10

参考文献















全球科技峰会