25kW SiC直流快充设计指南（第四部分）：DC-DC级的设计考虑因素和仿真

初级和次级电流

低 n1/n2 比值也带来了缺点，通常需要找到一个最佳点。最突出的缺点是在低 V_SEC 时 I_PRIM,PEAK 和 I_PRIM,RMS 较高（图 5），这意味着 SiC MOSFET 的导通电流较高。Wp1ednc

同时，增加 n1/n2 会导致在高 V_SEC 下更高的 I_SEC,PEAK 和 I_SEC,RMS（图 6）。为避免磁饱和，需要在变压器设计中格外小心初级侧出现相对较高的峰值电流。Wp1ednc

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图 5：I_PRIM,RMS 和 I_PRIM,PEAK 与变压器匝数比的函数关系（V_DC-LINK = 800 V，L_M = 720 µH）。Wp1ednc

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图 6：I_SEC,RMS 和 I_SEC,PEAK 与次级侧电压和变压器匝数比的函数关系（V_DC-LINK = 800 V，L_M = 720 µH）。Wp1ednc

初级电压、次级电压和电感电压

图 7 描述了变压器绕组上的电压。这些都是需要传递给变压器制造商的值，以供他们计算所需的隔离。Wp1ednc

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图 7：变压器两端子间 V_PRIM,PEAK 和 V_SEC,PEAK 电压与次级侧电压和变压器匝数比的函数关系（V_DC-LINK = 800 V，L_M = 720 µH）。Wp1ednc

同样，图 8 显示了谐振电感的电压，在这两种情况下，电压演变遵循类似的模式，两端子间的电压随着 V_SEC的增加而增加。在所有情况下，电压值都保持在 1000 V 以下，对于常用电感来说不会构成问题。Wp1ednc

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图 8：两端子间的谐振电感电压与次级侧电压和变压器匝数比的函数关系（VDC-LINK = 800 V，LM = 720 µH）。Wp1ednc

励磁电流

变压器励磁电流（对于给定的 L_M）未因 n1/n2 的变化在整个 V_SEC 工作电压范围内显示出明显变化（图 9）。Wp1ednc

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图 9：I_M 与次级侧电压和变压器匝数比的函数关系（V_DC-LINK = 800 V，L_M = 720 µH）。Wp1ednc

励磁电感 (L_M) 评估

本章节介绍不同励磁电感值对系统性能的影响。请注意，我们使用不同的励磁电感（720 μH、300 μH 和 150 μH）执行了三个仿真系列。在此分析中，已将变压器的 n1/n2 固定为 1.2:1。Wp1ednc

在上一章节中，已经使用相对较高的 L_m 固定值（720 μH），评估了匝数比 (n1/n2) 对效率和其他变量的影响。如图 9 所示，该选择导致最大 I_M,PEAK 低于 5 A，这似乎符合电源变压器设计中的常见经验法则，即将变压器设计为在 I_M,PEAK 的值约为最大 I_PRIM,PEAK（图 5 中的 82 Apeak）的 5% 至 10% 下工作。Wp1ednc

图 10 显示 L_M 对效率的实际影响非常低，在非常高的 V_SEC 下仅表现出 0.4% 的差异。正如“DAB 磁性元件设计指南”一节所述，励磁电感的实际值不是项目的关键要求，而是由磁性供应商选择，以便制造尽可能紧凑的变压器，同时满足其余要求。Wp1ednc

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图 10：VDC-LINK= 800 V，n1/n2 = 1.2:1 时，DAB 效率和功率损耗与次级侧电压和励磁电感的函数关系。不包括谐振电感和变压器的磁芯损耗。Wp1ednc

仿真得到的另一个启示是，在不同的 L_M 值下，I_PRIM,PEAK 和 I_PRIM,RMS 几乎保持不变（图 11）。然而，次级侧的情况并非如此（图 12），在不同的 L_M 值下，I_SEC,PEAK 和 I_SEC,RMS 分别从 91 Apeak 跃升至 109.6 Apeak、从 49 Arms 跃升至 58.7 Arms。Wp1ednc

通过这一观察和进一步研究，我们可以了解励磁电感如何影响变压器尺寸。I_SEC,RMS 的平方增加了 1.435 倍（L_M = 150 µH (58.7 Arms) 相对于 L_M= 720 µH (49 Arms)），这可以解释为需要以相同的因子增加导线的横截面积（如果绕组损耗保持不变）。然而，n2 (L_M= 150 µH) 减小为 1/2.19，使用相同的绕组横截面积将使铜损耗降低为 1/1.52。最重要的是，n1（初级匝数）也会减小，从而进一步降低了铜损耗。Wp1ednc

尽管如此，这种改进可能是以加大磁芯为代价。随着 L_M 的降低，I_M,PEAK 增加了 4.8 倍，从 4.1 A (L_M = 720 µH) 增加到 19.9 A (L_M = 150 µH)，如图 13 所示，而 n1（和 n2）仅减小为 1/2.19（如上所述）。应用公式 3，乘积 N · I_M 增加，磁通密度 (B) 随之增加，这会触发对更大磁芯（增加 A_e 横截面积）的需求，以便保持合理水平的磁通密度 (B)。Wp1ednc

该示例说明了这几个元件的相关性，以及为什么通常要进行折衷。然而，找到变压器尺寸和 L_M 之间的最佳点通常取决于磁性元件设计人员的技术和能力（如前所述）。Wp1ednc

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图 11：DAB I_PRIM,PEAK 和 I_PRIM,RMS 变化与次级侧电压和励磁电感的函数关系（V_DC-LINK = 800 V，n1/n2 = 1.2:1）。Wp1ednc

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图 12：DAB I_SEC,PEAK 和 I_SEC,RMS 变化与次级侧电压和励磁电感的函数关系（V_DC-LINK = 800 V，n1/n2 = 1.2:1）。Wp1ednc

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图 13：DAB I_M,PEAK 变化 _RMS 与次级侧电压和励磁电感的函数关系（V_DC-LINK = 800 V，n1/n2 = 1.2:1）。Wp1ednc