電動汽車鋰離子電池充電器的拓撲結構

從目前的18650鋰離子電池來看。正常充電模式的充電過程一般在家庭和公共場所進行。正常充電模式的充電功率通常為6.6kw，典型充電時間為5-8小時。正常充電模式類似于應急充電模式下的充電功率變換器。正常充電方式也可采用單級AC/DC變換器。然而，由于具有PFC功能的單級變換器，開關管的峰值電流非常大。在兩級變換器中，PFC可以采用傳統的升壓式升壓電路，開關管可以是軟開關或硬開關。然而，為了提高效率，應該選擇軟開關升壓變換器。

傳統的交流/直流全波整流電路采用整流+電容濾波電路。該電路是非線性器件和儲能元件的組合。輸入交流電壓的波形是正弦的，而輸入電流的波形是嚴重失真和脈沖的。由此出現的諧波電流對電網有害，使電源功率因數降低。本設計中整流電路部分采用有源功率因數校正電路。

與典型的PFC主電路不同，該電路采用無損吸收緩沖網絡。降低了交換損耗，提高了網絡的穩定性，延長了網絡的使用壽命。利用一組無源器件使開關管實現零電流開關和零電壓開關，提高了電源的工作效率，與其他諧振軟開關電路相比，降低了生產成本。

1.單相三電平PFC電路

如圖10-15(a)所示的二極管夾緊的三電平逆變器臂，也可以像傳統的兩電平逆變器臂相同，通過適當的修改，可以分為三電平逆變器臂和升壓電路。

由于升壓電路具有輸入電流持續、拓撲結構簡單、效率高等優點，常成為單相PFC電路拓撲結構的首選。然而，由于升壓電路的升壓特性，在220V交流輸入的情況下，輸出電壓通常控制在400V左右。假如輸入電壓進一步增大，升壓比不變，相應的輸出電壓也會增大。或者假如輸入電壓是常數，你想要一個高輸出電壓。這意味著升壓電路中的功率元件要承受超過400V的電壓應力。這樣一方面新增了器件的開關損耗和通態損耗;另一方面，當電壓上升到一定程度時，會給器件的選擇帶來困難，這就成為了要高壓高頻運行的單相PFC電路的一個難以解決的矛盾。因此，單相三電平升壓電路為解決這一矛盾供應了一個很好的途徑。三級控制具有以下特點:

(1)采用三級拓撲結構可以有效地解決電力電子器件電壓不高的問題，因為每個開關器件能承受的開關電壓只有直流側電壓的一半，所以它適用于高壓、大功率場合。

在三電平拓撲結構中，單橋可以輸出三電平，且線路電壓有更多的步長來模擬正弦波，減少了輸出波形的失真，從而大大降低了諧波。

(3)降低了多級電壓階梯波，使絕緣對負載的影響減小。

(4)三級PWM方法將第一組諧波分布帶移至2倍于開關頻率的頻帶，利用負載的電感可以更好地抑制高次諧波的影響。

三層拓撲可以出現3×3×3(即27)空間電壓矢量，與兩層拓撲相比，空間電壓矢量大大新增。矢量的新增帶來了消諧算法的自由度，可以得到良好的輸出波形。

2.單相三電平無源無損軟開關PFC電路

雖然三級PFC的拓撲結構,相同條件下的輸出電壓,開關管的電壓應力減少一半,以便對應態損耗和開關損耗少,但是,當開關頻率較高,損失是相當大的,因此,使用軟開關技術來進一步提高效率仍然是必要的和有意義的。軟交換技術廣義上可分為主動軟交換技術和被動軟交換技術。

所以，關于一般的鋰離子電池制造商來說。有源緩沖電路，RCD緩沖電路，諧振變換器，無源無損緩沖電路