目录
1. 概述
随着汽车走近千家万户，汽车距离我们生活越来越近。开着汽车带着家人和朋友出去游玩成了大众生活的必备，在野外很多电器需要使用市电，带个电脑办公休闲，还是全家围着吃个火锅唱个歌，都是不错的选择。电动或者混动汽车储备电能的优势就发挥出来了。想利用好车上这块巨大的电池，还需要一个设备出马，就是逆变设备，我们在设计 OBC 的时候考虑了这个需求，让器件物尽其用，发挥最大的价值。在原来正向充电，反过来可以进行逆变放电。反向逆变时候的参数选定需要重新计算，以下给出主要器件参数计算及其过程。
1.1 规格参数
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Input voltage |
330V | ||
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Input current(RMS) |
32A | ||
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Output voltage(RMS) |
AC 220V | ||
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Output current |
Maximum 32A | ||
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Output power |
6.6KW | ||
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Efficiency |
97% |
2. 原理
2.1逆变线路图
在逆变过程中 Q1 Q2 是两个高频桥臂，由 DSC 通过输出跟随正弦波变化的 PWM控制信号来实现 AC 端输出纯正弦波变化的电压。 Q3 Q4 为低频桥臂，配合 Q1 Q2 实现输出电压换向。L 在此时充当 BUCK 电感，起到储能和降压作用。
图 1逆变 BUCK 线路示意图
2.2电感电流波形
电感工作在 CCM（Continuous Current Mode）模式，控制策略为 CCM-Average Current Mode 。波峰处电感电流达到最大值，和PFC工作为逆过程，电流波形类似。
图2 PFC 电感电流波形
3. 逆变电感参数计算
3.1 计算原理
通过 Pout=Pin*η ，由于损耗能量模型复杂，计算时候采用理想电感和理想电容等条件的计算方式，结果实际为近似值。不影响实际应用。
应用到的注释：
Pin 输入功率
Pout 输出功率
f 运行频率
Vin 输入电压
Vout 逆变输出电压
Iin 输入电流
Iout(max) 输出电流最大值
IL（ripple） 电感高频纹波电流峰峰值
IL（Peak） 电感高频电流最大值
D 占空比
3.2 计算步骤
步骤 1 OBC 逆变时候输出功率最大值 6.6KW，输出最大电流 32A，输出定电压 AC220V 。
Iout(Rms)=32A
步骤 2 计算输出电压最大值 。
Vout =220V * 1.414=311V
步骤 3 计算输出电流峰值
Iout(max)= Iout(Rms) * 1.414 =32A * 1.414=45.248A
步骤 4 由于输出的滤波电容只有 X 电容及 CBB，电容偏小，电感电流 CCM 模式下取电感电流纹波值为 10% 电流值，计算峰值电流处纹波值。
IL（ripple）= Iout(max) * 0.1=45.248A * 0.1=4.525A
步骤 5 计算电感电流峰值，电感电流最大值约等于 47.51A 。
IL（Peak）= Iout(max) + 0.5 * IL（ripple）=45.248A + 2.262A=47.51A
步骤 6 BUCK 架构可以推导处 D 和输入输出电压关系，确定输入最大功率点处波峰的占空比
D= Vout / Vin=311V/330V=0.943
步骤 7 计算出 PFC 电感量的最小值。此时 f 频率取 80KHz，计算值为电感选取的最小值。实际使用参数必须大于 48.97uH 。
L（min）=D *（Vin-Vout）/ (IL（ripple）* f) =(1-D) * Vout / (IL（ripple）* f) =0.057 * 311V/(4.525A * 80KHz)=48.97uH
步骤 8 计算电感线径。 线圈选择电流密度为 5A/平方毫米，那么可以计算出我们需要用的漆包线的线径为 1.8mm 。
φ= ( IL（Peak） / (5×3.14))= (47.51A/(5×3.14))=3.5mm
可以根据计算出来的电感量 48.97uH，我们参考 PFC 电感计算选 100uH 以上，线径选择 1.75mm。可以选择相应大小的磁芯进行确定最终 PFC 电感规格。
步骤 9 计算 PFC H 桥臂 MOS 承受最大电流和导通损耗功率及承受电压值。
电感电流和流经 H 桥臂上电流相等，可以知道四个 MOS 上流过的最大电流值为 IL（Peak）=47.51A ,所选 MOS 电流规格要大于 47.51A。 MOS 承受电压会被相互钳位在 BUCK 上，因此承受电压会稍大于 BUCK 电容上电压，选常规 650V耐压 MOS 足够。
流经 MOS 电流有效值等于输入电流 Iin(Rms max)=32A ,在工频周期内各工作一半时间，所选 MOS 内阻为 40mΩ。
MOS 导通损耗功率为 0.5 * I² * R=0.5 * 32A² * 0.04Ω=20.48W
3.3 选型结果
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器件 |
规格 |
特征1 |
特征2 |
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PFC 电感 |
110uH |
线径 1.8mm |
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PFC 低频桥臂 MOS |
TK040N65Z |
大于 50A |
耐压 650V |
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PFC 高频桥臂 MOS |
TK040N65Z |
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备注： 以上选型计算值对照计算 PFC 参数，完全满足逆变 BUCK 的需求。
4. 参考资料
《开关电源的原理与设计》（张占松，蔡宣三）
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文件标识 |
OBC 逆变选型 | ||
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当前版本 |
V1.0 |
日期 |
2020-05-26 |
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作者 |
Allon Qiao |
联系方式 |
atu.cn@wpi-group.com |
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审核者 |
Kuhn Zhang |
联系方式 |
atu.cn@wpi-group.com |
更新记录
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版本 |
修改人 |
修改日期 |
修改说明 |
备注 |
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V1.0 |
Allon Qiao |
2020.05.24 |
1、创建文档 2、完成文档内容 |
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