表 5. 两电平 LLC DC/DC 转换器的优势与挑战
拓扑 2 -(DC-DC):20 - 30 kW 两电平 LLC 级联双向 DC/DC 变换器
图 7 显示具有双向流动设计和总共 12 个 MOSFET 的两电平 LLC 级联电路示例,该电路支持从传统 Si 组件轻松过渡到 SiC(电压为 650 V)。尽管使用 SiC 器件可提升效率,但该结构也存在一些挑战(请参阅表 6)。
图 7. 20 - 30 kW 两电平 LLC 级联双向 DC/DC 转换器
表 6. 两电平 LLC 级联 DC/DC 转换器的优势与挑战
CRD-22DD12N 是 Wolfspeed 的 22 kW 参考设计,这为利用 1200 V SiC MOSFET 的两电平 LLC DC/DC 变换器设计确立了良好开端。该设计在电池电压高达 800 V 时可实现 22 kW 的功率,并支持灵活的双向功率传输,同时还能通过灵活的全桥和半桥方案来调整增益和效率。
通常,在设计 LLC 变换器时,要考虑的一点是选择合适的 SiC MOSFET。以下指南说明了如何为 LLC 拓扑结构选择恰当 MOSFET。
- MOSFET 输出电容(以及充电所需时间)对使用零电压开关的变换器性能有着极大的影响力,具体如 LLC 电路所示。最理想的情况是,在 VDS 较低时,选择 Coss 值最低的 SiC MOSFET。
- LLC 变换器的关断开关损耗与磁化电流成正比,而选择较小 Coss 的 MOSFET 可以使得 LLC 设计的磁化电流通常较小,因此关断时的开关损耗控制得很好。
- 由于 LLC 中的关断是硬开关,因此最好选择带有开尔文引脚的封装,如 TO-247-4 或 TO-263-7 封装,与 3 引线封装相比,可降低高达 4 倍的开关损耗。此外,对于高频应用来说,反向恢复的损耗可能很大,因此最好选择反向恢复时间最短的元件。
拓扑 3 -(DC-DC):20 - 30 kW 双有源桥(DAB)双向 DC/DC变换器
图 8 显示 20 - 30 kW 双有源桥(移相)DC/DC 变换器示例,该示例提供了具有梯形电流曲线的快速充电解决方案(与 LLC 电路中的正弦曲线相比)。该拓扑的优势与挑战请参阅表 7。
图 8. 20 - 30 kW DAB 双向 DC/DC 转换器