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由于电动汽车(EV)的进步，下一代汽车将由功率密度不断增加且成本更低的系统提供动力。车载充电器(OBC)在这种情况下是至关重要的组件，因为它们管理电池充电，将外部交流电压转换为电池所需的直流电压。由于新的额定功率和电池技术，OBC技术正在迅速发展。

当前最新的进步之一是开发更高功率和电池电压的系统，能够提高功率密度并缩短充电时间。因此，越来越多的系统正在从目前使用的400V电池切换到具有800V总线架构的优化系统。更高电压的电池，例如800V，具有多项优势，包括更低的电流、更好的热管理(需要散发的热量更少)、更快的充电时间以及对操作人员而言更高的安全性。

要实现最佳性能、效率和更高电压的运行以满足这些苛刻的要求，需要更高电压的设备和新颖的拓扑结构。为了在这种情况下实现高效率和高功率密度，本文将提出一种使用差分功率处理的经济高效的车载充电器结构。所提议的设计基于串联结构，以增强功率处理能力，并让使用价格合理的650V硅基超级结MOSFET成为可能。通过在3.6kW车载充电器配置中设计、实施和测试该解决方案，证明了该建议的可行性。

电动汽车技术是由大量电力电子子系统的支持，包括：

• 电池管理系统。这些设备执行为电池组充电所需的AC-DC转换

• 负载调节系统。这些设备执行将电池提供的较高电压(400V/800V)转换为为连接到12V或48V总线的负载供电所需的较低电压所需的DC-DC转换

• 动力总成系统。这些设备，包括所谓的主逆变器或牵引逆变器，执行移动电动机所需的DC-AC转换，在大多数情况下，电动机是一个三相交流感应电动机。

在这种情况下，储能系统，例如电池、超级电容器、燃料电池和混合储能系统，起着至关重要的作用。如今，研究的重点是改进这些组件，以更少的成本、体积和重量提供更多的能量。

由于重量减轻、效率更高和充电时间更快等优势，800V电池技术有望很快取代最先进的400V电池。

负责控制电池充电的关键电力电子子系统之一是车载充电器，它通常由一个功率因数校正器(PFC)级和一个DC-DC转换器组成(图1)。电池系统、半导体技术的改进以及对必要功率、效率和功率密度的更高需求推动了OBC技术的进步。

图1：由PFC和DC-DC转换器组成的经典车载充电器架构(来源：IEEE)

为了在降低成本的同时提供更高的效率和模块化，将提出一种基于差分功率处理概念的新型OBC拓扑。这种拓扑的优势在于可以使用标准的650V超级结(SJ)MOSFET技术实现400V和800V电池OBC。

所建议的功率转换器架构是为提供新的800V电池技术而设计的。通过采用差分功率处理，建议的DC-DC策略允许使用额定电压为650V的设备，这与传统方法相反，传统方法是基于采用1200V设备的，至少在输出DC-DC中是如此。这将使大幅降低成本成为可能。

提出的DC-DC功率转换器拓扑基于串联方法，该方法结合了由{MH-ML,Ms,H-Ms-L}构成的双有源桥变换器(DAB)，以及由{Dsr,H-Dsr,L}和谐振回路{Lsr,r–Csr}组成的串联谐振二极管整流器级。所提出的解决方案使用单个变压器实现经济高效的实施，标准650V硅基器件自动提供精确的输出电压分布。

在此设计中，DAB转换器根据电池状态以可变输出电压运行，这与具有设定输出电压的串联谐振整流器相反。此外，前者始终工作在谐振频率下，保证了ZVS/ZCS性能。降低处理功率并提高效率和功率密度，可提供高效的差分功率处理。通过调整DAB初级-次级分支的相移，可以控制两个转换器。

原型已实施并用于800V、3.6kW配置，以证明所提出的拓扑的可行性。设计的原型效果图和实验测试台如原文所示。这些结果证明了所提出解决方案的可行性，它可以使用标准的硅基MOSFET技术并实现具有成本效益的实施。