25kW SiC直流快充设计指南（第四部分）：DC-DC级的设计考虑因素和仿真

结论和设计折衷

上述章节所介绍的仿真用于验证 DAB 转换器的初始目标，并帮助制定设计决策，尤其是涉及变压器和谐振电感的设计决策。表 6 和表 7 显示了系统最终选择的参数值。这些值将传递给磁性元件制造商，供他们开发优化的磁性元件。XJZednc

已将变压器的匝数比 n1/n2 设置为 1.2:1.0，因为此配置在整个工作范围内表现出最佳性能，在 V_SEC = 800 V 时表现出高峰值效率 (99.4%)，在 V_SEC = 900 V 时为 99%，而在接近低端 (200 V) 和高端 (1000 V) 处则仅表现出小幅效率下降（图 3），相比其他匝数比（1.4:1.0 和 1.0:1.0）性能更好。XJZednc

对 L_M 的要求则更加灵活，额定范围大约从 150 µH 到 300 µH。该值是 DAB 磁性元件设计指南中提及的多方面因素的折衷。在 I_M = 20 A（及以下）时，应确保最小 L_M 值为 150 µH，而范围高达 300 µH 则为磁性元件制造商留出了 L_M 值的选取空间，以提供尽可能紧凑和高效的全面变压器设计。XJZednc

根据 DAB 磁性元件设计指南章节中提出的建议，选择 10 µH 作为谐振电感的估计值。XJZednc

最后不得不提的是，已提议将变压器和电感的等效串联电阻 (ESR) 值作为符合其他定义参数的最大合理估计值。不言而喻，实际磁性设计越能降低电阻值则越好。这属于磁性元件供应商可以增加价值的优化过程。XJZednc

表 6.为变压器选择的设计参数。这些用于为变压器制造商指定变压器要求。XJZednc

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表 7.为谐振电感选择的设计参数。这些用于为变压器制造商指定电感要求。XJZednc

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开发过程的下一步将是与磁性元件制造商分享要求，并接收磁性部件的设计建议。一旦获得了磁性元件的样品，就可以测量它们的实际参数，并使用 SPICE 模型中的改进参数运行新的仿真。在获得实际转换器硬件之前进行第二次分析，提供更准确的性能和损耗结果。XJZednc

例如，可以在仿真中添加磁芯损耗，因为磁性制造商通常会提供实际值。虽然下一篇系列文章中将讨论磁性参数，但实际测量的磁参数也将有助于增强控制模型，并有助于在拥有硬件之前推进控制算法和控制环路的开发。这有助于加速开发过程，因为使用高级模型可能会简化硬件的调试和调整工作。XJZednc

请继续关注下一篇系列文章，即第五部分，它将讨论控制算法和控制环路的实施指南。XJZednc

参考资料

1. “25kW SiC直流快充设计指南（第一部分）: 有关电动车应用” by Karol Rendek and Stefan Kosterec, How2Power Today, April 2021. XJZednc

2. “25kW SiC直流快充设计指南（第二部分）：方案总览” by Karol Rendek and Stefan Kosterec, How2Power Today, May 2021. XJZednc

3. “25kW SiC直流快充设计指南（第三部分）：PFC仿真” by Karol Rendek and Stefan Kosterec, How2Power Today, June 2021.XJZednc

4. SEC-3PH-11-OBC-EVB: 三相车载充电器 (OBC) PFC-LLC 平台XJZednc

关于作者

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Karol Rendek是安森美系统工程中心的应用经理。Karol于2020年加入安森美。此前9年，他在嵌入式系统、D类放大器、机车车辆控制和安全系统以及工业电动车充电器的开发中担任硬件工程师、系统工程师和项目经理。Karol持有布拉迪斯拉发的斯洛伐克科技大学微电子学硕士和博士学位。他在攻读博士期间花了三年时间专研氮化镓(GaN) 高电子迁移率晶体管(HEMT)的低频噪声分析。 XJZednc

Stefan Kosterec是安森美系统工程中心的应用工程师。Stefan于2013年加入安森美。此前，他在西门子PSE工作了8年，担任ASIC/FPGA设计师，开发针对不同领域的数字解决方案，其中包括通信、电源转换和电机控制。他还在Vacuumschmelze担任过两年的电感元件设计师，并在艾默生能源系统公司担任过产品完整性工程师，负责电信电源系统的验证。Stefan持有斯洛伐克特尔纳瓦技术大学材料科学和技术学院的应用信息学硕士学位。XJZednc