OBC的CLLC/CLLLC拓扑与DAB拓扑优缺点的简单讨论

OBC(on-board Charger) 作为汽车充电的重要部件 一般分为 PFC 和 DC-DC两个部分。PFC将输入交流电压整流成直流电压，再通过DC-DC对电池进行充电。

新型的OBC支持V2G，V2V等功能，要求功率的双向传输。同时，OBC的输出功率要求逐渐由3.3kW,6.6kW提高到11kW，22kW。新的这些需求也带来对拓扑新的要求，传统的LLC拓扑很明显已经不能适应这些需求。因此，本文会对支持双向功率传输的CLLC，CLLLC，DAB拓扑进行一些探讨和比较。

CLLC拓扑在LLC拓扑的基础上，副边增加了一个电容，使功率可以双向传输。而CLLLC拓扑的副边在CLLC的基础上增加了一个电感，使电路结构对称。

优点：

1.高效（高于98%的峰值效率）

2.设计良好时全范围软开关

3.控制相对简单（调频，burst）

4.二次侧输出EMI小

缺点（大功率）：

1.更多的器件（电容）（需要通过大电流）

2.调频范围宽，变压器功率密度相对低，高频时效率下降（需按照最低开关频率设计）

DAB拓扑在大功率场合应用较多，尤其是三相DAB可以显著减少输出电压的纹波，减小输出滤波电容的体积。

优点：

1.结构简单（谐振电感集成在变压器中）

2.元器件少（无需多余的谐振电容）

3.三相结构成熟度高（输出电容小），每相电流RMS值小

4.频率固定，对变压器设计有利

5.分支拓扑多，可扩展性强

缺点：

1.由于没有谐振腔，电流呈单调线性变化，因此关断电流大，关断损耗大（通过合适的调制方式和SiC器件可以部分解决这个问题，但关断电流依然是固有问题）

2.电压不匹配时，无功电流大，轻载时软开关受限（可通过设计和调制方式解决，但会增加控制的复杂度）

3.效率低（相对CLLC低0.5%左右）

综上所述，在中小功率条件下，LLC/CLLC/CLLLC拓扑由于其优秀的效率和功率密度而成为最优的方案之一。谐振电容的成本和体积在10-20kW功率级别时，并不算大，所以不会显著影响OBC的价格和功率密度。

但是在大功率场合，CLLC滤波电容和谐振电容的成本越发重要。而三相DAB结构简单，不调频，每相电流小，鲁棒性好，可能更加适合大功率DC-DC的设计。不过OBC的功率级别本身就不大，因此不在考虑范围之内。

除此之外DAB还存在一些问题。首先是其在一些工况下的大关断电流一直为人所诟病，但关断损耗随着SiC器件的价格的降低逐渐得到限制。另一方面，DAB在原副边电压不匹配且轻载条件下软开关很难实现，效率大大降低。这一问题已有很多论文提出过解决方案，但是控制都相对复杂，并且对占空比和相移的精确性很敏感，在高频时受死区时间影响较大。再者，DAB二次侧并非自然关端，EMI较大。

由于DAB结构简单，所以拥有众多的分支拓扑结构，一定程度上增加了它的可扩展性。这一潜力也许在之后的OBC设计中会有所体现，比如三端口TAB拓扑，谐振型DBSRC拓扑，已经在很多OBC中得到使用。

考虑到实际设计方面，LLC在过去的OBC设计中应用广泛，工程经验丰富。而CLLC/CLLLC结构和LLC相似，在设计上会更加的有利

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来源：电力电子技术与新能源