隔离式DC-DC转换器拓扑部分中的单向功率流
作者：maurizio di paolo emilio
如今，通过dc进行快速充电正变得越来越流行。为了获得更快的充电时间，必须进行外部电源转换，并且必须进行电气隔离，这一点很重要。电力电子设备在成本方面应该是有效的，并且应该是相当有效的。sic肖特基二极管可以有选择地用于优化功率电子器件。电池借助隔离的dc输出进行充电，而功率转换不受限制，并且在存在200-600 dc的情况下，估计的和正常的瓦数范围为50-300kw时，它具有主动或被动的能力［2］。功率转换可以是单向和双向的。变压器的大小与开关频率成正比。本文主要关注dc-dc部分中的单向功率流。
隔离式dc-dc转换器拓扑
这是本质上是隔离的单向转换器。它的初级绕组借助于单相h桥逆变器来驱动。直流输出是通过全桥整流器产生的，并且为了直流输出的清洁度需要一个输出滤波器，可以是cl或lc。带有lc和cl滤波器的dc-dc转换器如图1所示。在cl滤波器的情况下，不需要整流二极管来整流二极管。由于整流器电流不连续，h桥中的电流波形为三角形。较高的电流峰值导致三角波形效率低下。如图2所示，在400直流输出和500直流输入下有120a电流充电。使用lc输出滤波器会产生连续电流，该连续电流会在h桥中产生具有低电流峰值的方波。与使用lc滤波器有关的另一个优势是效率高［1］。lc滤波器的波形如图3所示。
图1：具有cl和lc滤波器的dc-dc转换器
图2：cl滤波器波形
图3：lc滤波器波形
h桥损耗
关闭开关设备［1］时，开关损耗最为明显。与三角形波形相比，在相同水平的直流输出电流下，igbt损耗的高值出现了50％的igbt损耗，这都是由于三角形波形中电流的峰值较高而发生的。例如，损耗是根据以10khz开关的igbt技术的1200v计算得出的。如果缓冲整流器的设计不正确，则可以在igbt损耗中检测到部分偏移。
整流缓冲电路的设计
随着大量损耗的耗散，整流器缓冲器开始成为问题［1］。重要的是，二极管中的qrr被缓冲电路吸收，并应在电阻器中消散，由于整个过程，效率降低，并且对大型元件的需求增加［1］。此时，除了sic二极管外，没有其他帮助。
sic肖特基二极管的优点
与sic器件相关的一些重要优势包括：
有降低开关损耗的趋势。 不存在反向恢复费用。 结电容处的电荷较少，但不大于正常si pn结处的qrr。 轻松便捷地以行业标准包装供货。 两个尺寸相似的整流器模块的理论比较
这是相同尺寸的si和sic模块的比较。电压设置为600v，并且已将缓冲电容器的值选择为最佳值，以最大程度地减小电压［1］的过冲。
图4：si和sic模块之间的比较
硅二极管的案例研究
500kw功率在10khz的50kw dc-dc转换器中的缓冲电路中耗散了功率，这意味着仅在缓冲部分中耗散了输出区域总功率的1％，这在本质上使用了标准的si整流二极管，该二极管本质上是快速的系统。尽管开关频率为40khz，但在缓冲功耗中，可以观察到sic整流二极管的减小至15w。它具有效率高的优点，它允许使用更小的组件，并且不伴有热量的增加，因此最终将处理更少的热量。
图5：带有sic整流二极管的转换器的原型
结论
本文提供了有关sic肖特基二极管的便捷，简短但内容丰富的知识，它们的优势，si和sic二极管之间的比较以及详细的案例研究，以深入了解这一概念。sic肖特基二极管具有提高效率，减小尺寸并降低本质上隔离的dc-dc转换器成本的能力。肖特基二极管的正确使用可以降低整流电路中的缓冲器损耗，从而降低开关损耗。此外，已经观察到缓冲器的部件的成本和尺寸的大量减少。sic器件实际上很昂贵，因此建议限制这些器件的使用，并使用其他一些最佳可用选项进行更改，以便从中获得显着的优势。所有数据都是从真实来源收集的。
注：
［1 ］使用sic肖特基二极管提高ev快速充电器的效率apec 2020新奥尔良，洛杉矶leif amber工程经理。
［2］基于sic的ac / dc ccm无桥车载ev充电器，带有耦合有源电压倍增器整流器，用于800 v电池系统mehdi abbasi，ieee学生成员，john lam，ieee高级成员，可持续能源研究部高级电力电子实验室。多伦多约克大学lassonde工程学院电气工程与计算机科学系，加拿大m3j 1p3
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隔离式dc-dc转换器拓扑
这是本质上是隔离的单向转换器。它的初级绕组借助于单相h桥逆变器来驱动。直流输出是通过全桥整流器产生的，并且为了直流输出的清洁度需要一个输出滤波器，可以是cl或lc。带有lc和cl滤波器的dc-dc转换器如图1所示。在cl滤波器的情况下，不需要整流二极管来整流二极管。由于整流器电流不连续，h桥中的电流波形为三角形。较高的电流峰值导致三角波形效率低下。如图2所示，在400直流输出和500直流输入下有120a电流充电。使用lc输出滤波器会产生连续电流，该连续电流会在h桥中产生具有低电流峰值的方波。与使用lc滤波器有关的另一个优势是效率高［1］。lc滤波器的波形如图3所示。
图1：具有cl和lc滤波器的dc-dc转换器
图2：cl滤波器波形
图3：lc滤波器波形
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关闭开关设备［1］时，开关损耗最为明显。与三角形波形相比，在相同水平的直流输出电流下，igbt损耗的高值出现了50％的igbt损耗，这都是由于三角形波形中电流的峰值较高而发生的。例如，损耗是根据以10khz开关的igbt技术的1200v计算得出的。如果缓冲整流器的设计不正确，则可以在igbt损耗中检测到部分偏移。
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随着大量损耗的耗散，整流器缓冲器开始成为问题［1］。重要的是，二极管中的qrr被缓冲电路吸收，并应在电阻器中消散，由于整个过程，效率降低，并且对大型元件的需求增加［1］。此时，除了sic二极管外，没有其他帮助。
sic肖特基二极管的优点
与sic器件相关的一些重要优势包括：
有降低开关损耗的趋势。 不存在反向恢复费用。 结电容处的电荷较少，但不大于正常si pn结处的qrr。 轻松便捷地以行业标准包装供货。 两个尺寸相似的整流器模块的理论比较
这是相同尺寸的si和sic模块的比较。电压设置为600v，并且已将缓冲电容器的值选择为最佳值，以最大程度地减小电压［1］的过冲。
图4：si和sic模块之间的比较
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500kw功率在10khz的50kw dc-dc转换器中的缓冲电路中耗散了功率，这意味着仅在缓冲部分中耗散了输出区域总功率的1％，这在本质上使用了标准的si整流二极管，该二极管本质上是快速的系统。尽管开关频率为40khz，但在缓冲功耗中，可以观察到sic整流二极管的减小至15w。它具有效率高的优点，它允许使用更小的组件，并且不伴有热量的增加，因此最终将处理更少的热量。
图5：带有sic整流二极管的转换器的原型
结论
本文提供了有关sic肖特基二极管的便捷，简短但内容丰富的知识，它们的优势，si和sic二极管之间的比较以及详细的案例研究，以深入了解这一概念。sic肖特基二极管具有提高效率，减小尺寸并降低本质上隔离的dc-dc转换器成本的能力。肖特基二极管的正确使用可以降低整流电路中的缓冲器损耗，从而降低开关损耗。此外，已经观察到缓冲器的部件的成本和尺寸的大量减少。sic器件实际上很昂贵，因此建议限制这些器件的使用，并使用其他一些最佳可用选项进行更改，以便从中获得显着的优势。所有数据都是从真实来源收集的。
注：
［1 ］使用sic肖特基二极管提高ev快速充电器的效率apec 2020新奥尔良，洛杉矶leif amber工程经理。
［2］基于sic的ac / dc ccm无桥车载ev充电器，带有耦合有源电压倍增器整流器，用于800 v电池系统mehdi abbasi，ieee学生成员，john lam，ieee高级成员，可持续能源研究部高级电力电子实验室。多伦多约克大学lassonde工程学院电气工程与计算机科学系，加拿大m3j 1p3
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