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

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

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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