在新能(neng)源汽車產(chan)業高(gao)速發展的(de)(de)背景下,高(gao)壓(ya)充電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)作為保障電(dian)(dian)(dian)(dian)動汽車高(gao)效充電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)核心設備,其性能(neng)直接關乎車輛(liang)的(de)(de)續航能(neng)力以及充電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)安全(quan)性與便捷(jie)性。變壓(ya)器作為高(gao)壓(ya)充電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)能(neng)量轉換的(de)(de)關鍵(jian)部(bu)件,在高(gao)頻工(gong)作環境下,其寄生(sheng)電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)會(hui)對充電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)輸出功率(lv)產(chan)生(sheng)顯著影響。
一、變壓器寄生電容的產生原因?
變壓器的寄生電(dian)容主(zhu)要(yao)包括初級與次級繞(rao)(rao)組之間的分布電(dian)容、繞(rao)(rao)組層間電(dian)容及匝間電(dian)容。其成因可歸納為(wei)以下兩方面:
1、內部結構因素
繞組間(jian)耦(ou)合:初(chu)級(ji)與(yu)次級(ji)繞組緊密排列(lie)時,導(dao)體間(jian)電(dian)場作用(yong)形成分布(bu)電(dian)容。
層(ceng)(ceng)間電(dian)(dian)位差:繞組各層(ceng)(ceng)間因電(dian)(dian)勢梯度產生層(ceng)(ceng)間電(dian)(dian)容,匝間絕(jue)緣(yuan)介質則構成(cheng)匝間電(dian)(dian)容。
2、材料與工藝因素
絕緣材料(liao)介(jie)電常(chang)數直(zhi)接影(ying)響電容值,介(jie)電常(chang)數越高,寄生電容越大。
繞制(zhi)工藝(如線徑、層(ceng)間(jian)距(ju))決定導(dao)體(ti)間(jian)有效面(mian)積與(yu)距(ju)離,進(jin)而影響電容參數。
二、寄生電容的特性及影響
寄生電容的(de)(de)特(te)性受多種因(yin)素的(de)(de)綜(zong)合(he)影(ying)響。繞(rao)組的(de)(de)匝數(shu)、線徑、絕緣材料(liao)以及繞(rao)組間距等結構參數(shu)對其有顯著影(ying)響。
寄生(sheng)電(dian)容的(de)容值可(ke)表示為:
其中,εr 為(wei)(wei)絕緣材(cai)料相對介(jie)電(dian)常數,A 為(wei)(wei)導(dao)體有效面積(ji),d 為(wei)(wei)間距。由此可(ke)知:
結構(gou)參數:匝數增(zeng)(zeng)加、線徑(jing)加粗(增(zeng)(zeng)大A)或層間距縮小(減小d),均會顯著(zhu)增(zeng)(zeng)加寄生電容(rong)。
工作(zuo)頻(pin)率(lv):高頻(pin)下寄生電容阻(zu)抗降低( XC=1/ωC ),導致分流效(xiao)應與(yu)諧振風險加劇。
三、對高壓充電機輸出功率的影響
1 、諧振導致輸出功率波動
寄生電(dian)(dian)(dian)容與變壓器漏(lou)感構(gou)成LC諧(xie)振回路,若充(chong)電(dian)(dian)(dian)機工作頻率接近諧(xie)振點,將引發電(dian)(dian)(dian)壓電(dian)(dian)(dian)流振蕩,造成輸出不(bu)穩定。
2 、附加損耗降低效率
寄生電(dian)(dian)容在(zai)充(chong)放(fang)電(dian)(dian)過程中會產(chan)生能量損(sun)耗,這些損(sun)耗以熱能形式散發,降低了高(gao)壓充(chong)電(dian)(dian)機(ji)的(de)整體效率,進而影響輸(shu)出功率。
損耗主要體現在兩(liang)個方面:一是寄生電容充放電電流(liu)在繞組(zu)電阻上(shang)產(chan)生的(de)焦(jiao)耳熱;二是高頻下絕(jue)緣介質的(de)介質損耗。
3 、電能傳輸效率受影響
寄生(sheng)電(dian)容(rong)的存在(zai)會(hui)分(fen)流(liu)(liu)部分(fen)高(gao)頻電(dian)流(liu)(liu),減(jian)少用于(yu)能(neng)量(liang)傳輸(shu)的有效(xiao)電(dian)流(liu)(liu),降低電(dian)能(neng)從(cong)輸(shu)入到輸(shu)出的傳輸(shu)效(xiao)率。尤其在(zai)高(gao)壓充電(dian)機功率變換環節(jie),寄生(sheng)電(dian)容(rong)的分(fen)流(liu)(liu)作用使得輸(shu)出功率難以達到預期,嚴重影響充電(dian)機性(xing)能(neng)表現。
變(bian)壓器(qi)寄(ji)生電(dian)(dian)容對高壓充電(dian)(dian)機(ji)輸(shu)出(chu)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)存在(zai)(zai)多(duo)方面的(de)不(bu)利(li)(li)影(ying)響,會(hui)降低(di)傳(chuan)輸(shu)效率(lv)(lv)、增(zeng)加無(wu)功(gong)(gong)(gong)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv),致使輸(shu)出(chu)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)不(bu)穩(wen)(wen)定。在(zai)(zai)實(shi)(shi)際(ji)應用中,我們需要(yao)通過優(you)化變(bian)壓器(qi)設(she)計、補償無(wu)功(gong)(gong)(gong)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)以及增(zeng)加功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)穩(wen)(wen)定控制來(lai)有效降低(di)寄(ji)生電(dian)(dian)容帶(dai)來(lai)的(de)不(bu)利(li)(li)影(ying)響。PPEC inside 數(shu)字電(dian)(dian)源(yuan)系列(lie)產(chan)品基于PPEC數(shu)字電(dian)(dian)源(yuan)控制芯片開發(fa),在(zai)(zai)實(shi)(shi)際(ji)研發(fa)生產(chan)過程(cheng)中,充分重視變(bian)壓器(qi)寄(ji)生電(dian)(dian)容問題,并綜合運用多(duo)種方法進(jin)行優(you)化,滿(man)足大功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)數(shu)字電(dian)(dian)源(yuan)領域對高壓充電(dian)(dian)機(ji)高性能的(de)要(yao)求(qiu),廣(guang)泛應用于各(ge)類(lei)新能源(yuan)汽(qi)車(che)高壓充電(dian)(dian)場景。
四、降低寄生電容影響的解決方案
1、變壓器設計優化策略
▍繞組拓撲改進
? 采用交(jiao)錯繞組或分(fen)段(duan)繞制,減(jian)少相(xiang)鄰繞組間(jian)的(de)有效(xiao)耦合面積。
? 引入屏(ping)蔽層或法拉第屏(ping)蔽,阻斷電場傳播(bo)路徑。
▍材料與工藝升級
? 選用(yong)低介電常數材料(如聚酰亞(ya)胺薄膜)作為(wei)層間(jian)絕(jue)緣介質。
? 優化繞線張力控(kong)制,確保層間(jian)距均勻(yun)性(xing),平衡電容與體積成本。
2、電路補償技術應用
▍無源補償
? 串聯電(dian)感補償:通過引入補償電(dian)感Lc,使系(xi)統諧振頻(pin)率偏移至(zhi)工作頻(pin)段外。
? 并(bing)聯阻尼電(dian)阻:在諧振回路(lu)中并(bing)聯電(dian)阻,抑制振蕩并(bing)消耗過剩能量。
▍有源補償:采用有源濾波電路(lu)動態注(zhu)入反向(xiang)電流,抵消寄生(sheng)電容引起的諧波分量。
變壓(ya)器(qi)寄(ji)生電容(rong)對高(gao)壓(ya)充電機(ji)輸出功率存在多(duo)方面的(de)(de)顯著(zhu)影響。在實際應用(yong)中,我們通(tong)過優(you)化變壓(ya)器(qi)設(she)計、應用(yong)電路補償技術以及改(gai)進控制(zhi)策略等(deng)綜合措施(shi),能夠(gou)有效降(jiang)低寄(ji)生電容(rong)的(de)(de)不利影響,顯著(zhu)提升高(gao)壓(ya)充電機(ji)的(de)(de)輸出功率與(yu)工作效率。
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