【应用】集成谐振单元和变压器的磁性套件，助力1.8kW~22kW车载充电（OBC）转换器设计

时间： 2020-03-02 来源：PREMO

技术问答

在电动汽车（EV）和插电式混合动力汽车（PHEV）中，功率范围为1.8kW至22kW以上的车载充电器（OBC）转换器最常见的电子架构是LLC拓扑之类的谐振转换器。 LLC拓扑转换器包括一个谐振单元（谐振电容+谐振扼流圈）和一个电源变压器。图1显示了一个集成的PREMO磁性套件箱，其中包括操作22 kW车载充电器两个阶段所需的所有磁性组件。

该套件箱包含优化的模制集成磁体，可直接在开发22kW OBC的客户的转换器中实现。针对车载充电器应用而优化的产品集成了分立谐振扼流圈（通过AEC-Q200），并提供了最佳的功率密度，效率和性能。该磁性元件套件的尺寸仅为213 x 73mm，高度仅为67mm，功率密度为19.5kW / dm3。它的热传递通过导热铝铸件得以最大化。

图1：Premo产品实物图

通常，电动汽车/插电式混合动力汽车的电气系统包括三种类型的转换器：一个是车载充电器将主电源连接到高压蓄电池，一个是DC/DC转换器将高压蓄电池连接到低压12V蓄电池/12V网络，一个是牵引转换器将高压蓄电池的电源提供给发动机。这些转换器最常见的电子拓扑包括用于车载电荷的LLC拓扑，用于DC / DC转换器的ZVS和用于牵引转换器的功率逆变器。

图2：典型的汽车电气系统：插电式混合动力系统。

DC/DC转换器：ZVS拓扑

汽车应用中的DC / DC转换器通常会提供12个DC电压来为12V网络供电。为了减少这些变换器的损耗、发热和可靠性问题，需要ZVS拓扑（零电压开关）。

图3：典型的ZVS拓扑结构框图

ZVS拓扑更适合于DC-DC应用（400V至12V），因为输出电压必须在10.5V至15.5V范围内稍微调整。这使得全局有效匝比不会出现显著波动。

图4：具有ZVS拓扑的DC-DC转换器的典型结构

在这些拓扑中，通常需要实现相移功能。Premo建议采用智能的磁解决方案。变压器的漏感可用于实现必要的输入串联电感。但是，必须小心处理，因为漏感是变压器固有的“寄生”参数。该值主要取决于绕组结构。从物理上讲，我们可以说这是一次绕组和二次绕组之间耦合不良的结果，该方法包括考虑不同的绕组结构。

图5：集成变压器发展阶段

OBC：LLC拓扑

LLC拓扑更适合于OBC应用（400V到400V），因为输出电压应根据电池充电电压范围（270V到470V）进行调整。谐振单元允许电压电平随开关频率的变化而变化，当使用集成磁学元件时，LLC谐振变换器的效率可达98%。谐振变换器已经存在很长一段时间了。但是，由于绝对需要提高效率，因此用于汽车HEV / EV的电力电子设备正在推动需求。

图6：谐振转换器LLC拓扑的典型结构

谐振回路由Lr，Cr和Lp组成。变压器本身的磁化电感可用于创建谐振单元的Lp函数。得益于谐振储能滤波器，通过调节开关频率自然可以调节电压，因此与纯PWM结构相比，转换器的总损耗受到限制；Premo提供了结合了谐振扼流圈Lr，并联电感Lp和变压器的磁性套件解决方案。例如，集成的磁性解决方案可以包括两个变压器，并且谐振串联电感器Lr在每个初级绕组的开始和结束处分成两个相同的对称部分。图7显示了一个实际示例，其中有2个11kW变压器和2x7.5µH Lr扼流圈。

图7：2个11kW变压器和2x7.5µH Lr扼流圈

随着功率需求的增加和EMI问题变得越来越关键，具有集成磁性的谐振转换器的优势在于它们对晶体管的软开关，能够提供了更高的工作频率，图8为产品剖视图。

图8：2x（1/2 Lr +变压器11kW +1/2 Lr）的剖视图

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