大功率直流充電系統(tǒng)架構(gòu)

大功率直流充電設計標準

國家大功率充電標準“Chaoji”技術(shù)標準設計目標是未來可實現(xiàn)電動汽車充電5分鐘行駛400公里。

“Chaoji”技術(shù)標準主要設計參數(shù)如下：

最大電壓：目前1000V （可擴展到1500V）；

最大電流：帶冷卻系統(tǒng) 500A（可擴展到600A）；

不帶冷卻系統(tǒng) 150-200A；

最大功率：900KW。

大功率直流充電系統(tǒng)架構(gòu)

大功率直流快充系統(tǒng)一般由以下幾部分構(gòu)成：

三相有源整流前端完成AC-DC轉(zhuǎn)換；

功率因數(shù)校正(PFC)；

具有隔離功能的DC-DC轉(zhuǎn)化器，輸出電動車電池需要的電壓。

圖片來自：onsemi

如下圖25kW的直流充電樁的架構(gòu)圖所示，在實際設計的過程中，需要充電樁的輸出功率和使用場景的不同，考慮到更多的維度包括：

功率拓撲，包括PFC和DC-DC的電源拓撲；

開關(guān)調(diào)制模式；

開關(guān)頻率及損耗；

整機熱管理；

輔助電源設計；

單相還是雙向。

25 kW電動車直流充電樁的高級框圖

圖片來自：onsemi

有源整流升壓級(PFC)

常見的商用直流充電器要求實現(xiàn)0.99的功率因數(shù)和低于7%的總諧波失真。

3相6開關(guān)有源整流與T-NPC或I-NPC等3級PFC維也納拓撲結(jié)構(gòu)相比，高效而且可以實現(xiàn)雙向輸出，元件數(shù)量也少。

系統(tǒng)的開關(guān)頻率被設定為70 kHz，以保持二次諧波低于150 kHz，傳導輻射能夠得到控制，也簡化了EMI濾波器的復雜性。

三相6開關(guān)拓撲結(jié)構(gòu)，帶有功率因數(shù)校正(PFC)

圖片來自：onsemi

雙有源全橋(DC-DC)

DC-DC級包含兩個全橋、一個25千瓦的隔離變壓器和一個初級側(cè)的外部漏電感，以實現(xiàn)零電壓開關(guān)(ZVS)。

雙有源橋(DAB)DC-DC級

圖片來自：onsemi

雙有源橋(DAB)在實現(xiàn)雙向運行的基礎之上，利用移相調(diào)制可以實現(xiàn)在200 V至1000 V的輸出電壓時，峰值的能效達到98%。開關(guān)頻率設定為100 kHz，將開關(guān)損耗、磁芯和交流損耗保持在合理的水平。

另一種方案是CLLC諧振轉(zhuǎn)換器，是對LLC的改版，可實現(xiàn)雙向工作。然而如果想要，控制、優(yōu)化和調(diào)整CLLC以實現(xiàn)雙向功能，并在較寬的輸出電壓范圍實現(xiàn)高輸出功率，需要結(jié)合頻率調(diào)制和脈沖寬度調(diào)制，控制相對復雜。

30kW汽車直流快充LLC電源方案

參考設計資料

原理圖：

PCB文件：

BOM文件：