介绍电动汽车锂离子电池充电器拓扑结构

电动汽车锂离子电池充电器的拓扑结构

从目前的18650锂离子电池来看。正常充电模式的充电过程一般在家庭和公共场所进行。正常充电模式的充电功率通常为6.6kw，典型充电时间为5-8小时。正常充电模式类似于应急充电模式下的充电功率变换器。正常充电方式也可采用单级AC/DC变换器。然而，由于具有PFC功能的单级变换器，开关管的峰值电流非常大。在两级变换器中，PFC可以采用传统的升压式升压电路，开关管可以是软开关或硬开关。然而，为了提高效率，应该选择软开关升压变换器。

传统的交流/直流全波整流电路采用整流+电容滤波电路。该电路是非线性器件和储能元件的组合。输入交流电压的波形是正弦的，而输入电流的波形是严重失真和脉冲的。由此出现的谐波电流对电网有害，使电源功率因数降低。本设计中整流电路部分采用有源功率因数校正电路。

与典型的PFC主电路不同，该电路采用无损吸收缓冲网络。降低了交换损耗，提高了网络的稳定性，延长了网络的使用寿命。利用一组无源器件使开关管实现零电流开关和零电压开关，提高了电源的工作效率，与其他谐振软开关电路相比，降低了生产成本。

1.单相三电平PFC电路

如图10-15(a)所示的二极管夹紧的三电平逆变器臂，也可以像传统的两电平逆变器臂相同，通过适当的修改，可以分为三电平逆变器臂和升压电路。

由于升压电路具有输入电流持续、拓扑结构简单、效率高等优点，常成为单相PFC电路拓扑结构的首选。然而，由于升压电路的升压特性，在220V交流输入的情况下，输出电压通常控制在400V左右。假如输入电压进一步增大，升压比不变，相应的输出电压也会增大。或者假如输入电压是常数，你想要一个高输出电压。这意味着升压电路中的功率元件要承受超过400V的电压应力。这样一方面新增了器件的开关损耗和通态损耗;另一方面，当电压上升到一定程度时，会给器件的选择带来困难，这就成为了要高压高频运行的单相PFC电路的一个难以解决的矛盾。因此，单相三电平升压电路为解决这一矛盾供应了一个很好的途径。三级控制具有以下特点:

(1)采用三级拓扑结构可以有效地解决电力电子器件电压不高的问题，因为每个开关器件能承受的开关电压只有直流侧电压的一半，所以它适用于高压、大功率场合。

在三电平拓扑结构中，单桥可以输出三电平，且线路电压有更多的步长来模拟正弦波，减少了输出波形的失真，从而大大降低了谐波。

(3)降低了多级电压阶梯波，使绝缘对负载的影响减小。

(4)三级PWM方法将第一组谐波分布带移至2倍于开关频率的频带，利用负载的电感可以更好地抑制高次谐波的影响。

三层拓扑可以出现3×3×3(即27)空间电压矢量，与两层拓扑相比，空间电压矢量大大新增。矢量的新增带来了消谐算法的自由度，可以得到良好的输出波形。

2.单相三电平无源无损软开关PFC电路

虽然三级PFC的拓扑结构,相同条件下的输出电压,开关管的电压应力减少一半,以便对应态损耗和开关损耗少,但是,当开关频率较高,损失是相当大的,因此,使用软开关技术来进一步提高效率仍然是必要的和有意义的。软交换技术广义上可分为主动软交换技术和被动软交换技术。

所以，关于一般的锂离子电池制造商来说。有源缓冲电路，RCD缓冲电路，谐振变换器，无源无损缓冲电路