电动汽车直流充电桩设计指南完整版来了,全干货!

原创 安森美 2024-06-05 18:59

点击蓝字 关注我们



目前,全球已推出或即将推出 20 多款配备 800 V 系统的车型,提供超过350kW 充电功率的快速充电站已广泛普及。预计充电模块将朝着更高功率和更高效率的趋势发展。通过采用合适的功率元件、拓扑结构以及坚固耐用的控制器,我们将拥有更多大功率充电站,在解决用户续航焦虑的同时减少碳排放。本文将介绍电动汽车直流充电桩设计的解决方案。




这是一种常见的两电平电动汽车充电电路,由一个三相半桥功率级和第二个双有源桥(DAB) 功率级组成。该系统结构简单,运行效率高,易于控制。它采用相移调制,在高负载下实现零电压开关(ZVS),同时在 200V 至 1000V 的宽充电电压范围内实现效率最大化。在 25kW 电动汽车直流充电桩的设计中,使用了 7 个半桥功率模块。


安森美(onsemi)的全碳化硅(SiC)半桥功率集成模块(PIM)非常适合电动汽车直流充电桩的设计,它具备易于安装的封装和规格, 极大降低了热阻和寄生电感, 有助于实现更高的系统运行效率和功率密度


EliteSiC,全碳化硅功率集成模块, M3S
NXH004P120M3F2,半桥, 1200V, 4mΩ

  • 内置全新第三代碳化硅芯片

  • 出色的品质因数(FOM) = [RDS(ON) × EOSS]

  • 采用 HPS 或 DBC 基板, 低热阻

  • 预涂导热界面材料


转换器由使用宽禁带元件的电桥组成,存在低边 MOSFET 自导通的风险。主要的原因包括米勒电容、栅极电阻和高 dv/dt。解决方案之一是使用提供负栅极电压的栅极驱动器。


NCP51752 是一款单通道隔离栅极驱动器, 拉电流和灌电流峰值分别为 4.5 A/9 A。它可为快速开关应用提供短且匹配的传播延迟。NCP51752 最重要的特点是创新的嵌入式负偏置轨机制(-2/-3/-4/-5 V)。



在大功率状态下工作时,监控功率模块和其他关键元件的状态至关重要,尤其是它们的温度。安森美 EliteSiC 全碳化硅(SiC)功率集成模块(PIM)集成了负温度系数热敏电阻(NTC),能够实现实时监测,并迅速切换工作模式或激活冷却器件。同时,为了防止短路和高电流造成的损坏, 需要将电流测量电路放置在电桥上。这种解决方案成本效益高,与栅极驱动器中的去饱和(DESAT)保护相比,提供了更好的灵活性。



安森美提供多种信号调节和控制产品。NCS2007x 系列运算放大器提供轨到轨输出操作,3MHz 带宽,并提供单路、双路和四路配置。其多种紧凑的封装和 2.7V 至 36V 的宽供电电压范围,使其适用于各种应用。为实现高精度电流监控,推荐使用 NCS21x,它具有低供电电压和低偏置的零漂移架构,可最大化在分流电阻上实现电流检测,满量程压降可低至10mV。



在 25 kW 电动汽车直流充电桩的辅助电源设计中, NCV890100 用于为部分低压元件供电。NCV890100 是一款固定频率、单片式降压开关稳压器。它适用于要求低噪声和小外形尺寸的系统。NCV890100 能够以高于调幅(AM) 波段的恒定开关频率将典型的 4.5 V至 18 V 输入电压转换为低至 3.3 V 的输出电压,从而无需昂贵的滤波器和电磁干扰应对方法。


NCP3064 是另一款适用于升压和降压应用的 DC-DC 稳压器,其设计特点在于最小化外部元件的数量。这两款产品都集成了热关断保护功能(TSD)。

EliteSiC, 1200 V MOSFET, M3S 系列新型 1200 V M3S 平面碳化硅 MOSFET 系列:

  • 针对高温运行进行了优化

  • 改善寄生电容,适合高频运行

  • RDS(ON) =22 mΩ @VGS =18 V*

  • 超低栅极电荷 (QG(TOT))=137 nC*

  • 高速开关,具有低电容特性(COSS =146 pF)*

  • 提供开尔文源极连接


场截止第七代, IGBT, 1200 V:

  • 新型 1200V 沟槽型场截止第七代 IGBT 系列

  • 沟槽窄台面与质子注入多重缓冲技术

  • 提供快速开关与低饱和压降 VCE(SAT)类型

  • 改进寄生电容,适用于高频运行

  • 通用封装

  • 目标应用 - 能源基础设施、工厂自动化



EliteSiC, 全碳化硅功率集成模块, 900V/1200V:

  • 可用配置:维也纳,半桥,全桥

  • 低热阻

  • 内置 NTC 热敏电阻

  • 在更高电压下改善了 RDS(ON)

  • 更高效、更高功率密度

  • 灵活的高可靠性热接口解决方案



如何选择栅极驱动器

电流驱动能力:开关的导通和关断实际上是输入输出电容器的充放电过程。更高的灌电流和拉电流能力意味着更快的导通和关断速度,最终带来更小的开关损耗。


故障检测:栅极驱动器不仅用于驱动开关,还能保护开关甚至整个系统。例如,欠压锁定(UVLO)可确保栅极驱动器的电源处于良好状态,去饱和(DESAT)用于检测短路,有源米勒箝位可防止在快速开关系统中出现误导通。


抗扰性:共模瞬态抗扰度(CMTI)是指栅极驱动器输入和输出电路之间共模电压上升或下降的最大容许速率,它决定了该产品是否可用于快速开关系统。大功率系统以非常快的变化率运行,例如大于 100 V/ns 时会产生非常大的电压瞬变。隔离栅极驱动器需要能够承受高于额定电平的 CMTI,以防止低压电路侧产生噪声,并防止隔离势垒失效。


传播延迟:传播延迟是指从输入 10%到输出 90%的时间延迟(供应商之间可能有所不同)。这种延迟会影响器件之间的开关时序,这在高频应用中至关重要。设置死区时间可以避免击穿乃至进一步损坏,死区时间设置得越少,开关损耗就会越小。


兼容性:
在新项目中,如果没有重大设计变更,引脚对引脚的替换总是首选。选择规格和封装相似的栅极驱动器有利于快速设计。


当然,并非每一点都需要遵循。例如,与 IGBT 不同, 碳化硅 MOSFET 的输出特性更像可变电阻,没有饱和区,这意味着普通的去饱和检测原理行不通。作为解决方案之一,通常使用电流传感器来检测过流,或使用温度传感器来检测异常温度。


碳化硅(SiC) 隔离栅极驱动器NCP51561:

  • 4.5 A/9 A 峰值拉/灌电流

  • 36 ns 传播延迟, 8 ns 最大延迟匹配

  • 5 kV 电隔离, CMTI≥200 V/ns

  • 双通道设计

  • 8 毫米爬电距离的 SOIC-16WB 封装


隔离型大电流栅极驱动器NCD57080:

  • 高电流峰值输出(6.5 A/6.5 A)

  • 欠压锁定(UVLO) , 有源米勒箝位

  • 3.5 kV 电隔离, CMTI≥100 V/ns

  • 典型 60 ns 传播延迟

  • 单通道设计

  • 8 毫米爬电距离的 SOIC-8WB 封装




常用 AC-DC 功率因数校正(PFC)拓扑结构


有源前端:

  • 无桥接导通损耗

  • 电路简单,易于控制,元件少

  • 开关需要耐受全母线电压和尖峰电压

  • 宽禁带(WBG)元件更受青睐,以降低总谐波失真(THD)

  • 减小电感器尺寸

  • 允许双向转换



维也纳整流器和 T-NPC:

  • 三电平配置降低了总谐波失真(THD)和开关上的电压应力

  • 易于控制,每相只需一个驱动信号即可驱动背靠背开关

  • 开关的母线电压减半

  • 桥接引起的导通损耗

  • 通过全开关替换实现双向转换



交错并联 Boost 电路,单相:

  • 减小电感器尺寸、电流应力和 EMI

  • 易于控制,电路简单, 双倍/三倍元件

  • 易于提高输出功率

  • 桥接引起的导通损耗 .

  • 仅单向运行



图腾柱 PFC,单相:
  • 提高效率、 减少电磁干扰(EMI)、 降低总谐波失真(THD),减少每个导通周期的开关数量

  • 开关数量少,功率密度高 

  • 需要宽禁带元件以减少恢复损耗

  • 零交越点噪声、共模噪声

  • 支持双向转换


DC-DC 转换的常用拓扑结构

LLC 谐振转换器:

  • 频率调制, 谐振转换器实现软开关以提高效率

  • 初级侧零电压开关(ZVS) , 次级侧零电流开关(ZCS)

  • 集成电感器以节省空间

  • 复杂的谐振腔设计与控制

  • 良好的 EMI 和输出纹波

  • 需要额外的 DC-DC 转换以达到宽输出范围,以确保高效

  • 在高频/高电压操作中,首选宽禁带元件。

  • 仅单向运行



双有源桥变换器

  • 运行相移调制以实现高负载下的零电压开关(ZVS)

  • 两级电流不匹配导致的意外损耗

  • 相移、变压器、频率等方面的复杂设计以达到预期效率

  • 在高频/高压运行中,首选宽禁带元件

  • 在大功率情况下减少输出电流纹波以减小输出电容器尺寸

  • 隔离转换以确保安全

CLLC 谐振变换器:

  • 在 LLC 的基础上增加一个电容器以实现双向转换

  • 复杂的调频和无源元件选择,以实现双向高效率 .

  • 需要额外的 DC-DC 转换以在确保高效的情况下达到宽输出范围

  • 全负载范围内效率优于双有源桥(DAB)变换器

  • 隔离转换以确保安全


电动汽车直流充电桩设计的系统目标、市场信息与展望、系统描述,请戳👉第一篇查看。


扫码下载《电动汽车直流充电桩设计指南》,从设计目标到解决方案再到产品推荐,全掌握!


⭐点个星标,茫茫人海也能一眼看到我⭐


别着急走,记得点赞在看

安森美 安森美(onsemi, 纳斯达克股票代码:ON)专注于汽车和工业终端市场,包括汽车功能电子化和安全、可持续能源网、工业自动化以及5G和云基础设施等。以高度差异化的创新产品组合,创造智能电源和感知技术,解决最复杂的挑战,帮助建设更美好的未来。
评论
  • RGB灯光无法同步?细致的动态光效设定反而成为产品客诉来源!随着科技的进步和消费者需求变化,电脑接口设备单一功能性已无法满足市场需求,因此在产品上增加「动态光效」的形式便应运而生,藉此吸引消费者目光。这种RGB灯光效果,不仅能增强电脑周边产品的视觉吸引力,还能为用户提供个性化的体验,展现独特自我风格。如今,笔记本电脑、键盘、鼠标、鼠标垫、耳机、显示器等多种电脑接口设备多数已配备动态光效。这些设备的灯光效果会随着音乐节奏、游戏情节或使用者的设置而变化。想象一个画面,当一名游戏玩家,按下电源开关,整
    百佳泰测试实验室 2025-02-27 14:15 137浏览
  • 1,微软下载免费Visual Studio Code2,安装C/C++插件,如果无法直接点击下载, 可以选择手动install from VSIX:ms-vscode.cpptools-1.23.6@win32-x64.vsix3,安装C/C++编译器MniGW (MinGW在 Windows 环境下提供类似于 Unix/Linux 环境下的开发工具,使开发者能够轻松地在 Windows 上编写和编译 C、C++ 等程序.)4,C/C++插件扩展设置中添加Include Path 5,
    黎查 2025-02-28 14:39 140浏览
  • 振动样品磁强计是一种用于测量材料磁性的精密仪器,广泛应用于科研、工业检测等领域。然而,其测量准确度会受到多种因素的影响,下面我们将逐一分析这些因素。一、温度因素温度是影响振动样品磁强计测量准确度的重要因素之一。随着温度的变化,材料的磁性也会发生变化,从而影响测量结果的准确性。因此,在进行磁性测量时,应确保恒温环境,以减少温度波动对测量结果的影响。二、样品制备样品的制备过程同样会影响振动样品磁强计的测量准确度。样品的形状、尺寸和表面处理等因素都会对测量结果产生影响。为了确保测量准确度,应严格按照规
    锦正茂科技 2025-02-28 14:05 134浏览
  •           近日受某专业机构邀请,参加了官方举办的《广东省科技创新条例》宣讲会。在与会之前,作为一名技术工作者一直认为技术的法例都是保密和侵权方面的,而潜意识中感觉法律有束缚创新工作的进行可能。通过一个上午学习新法,对广东省的科技创新有了新的认识。广东是改革的前沿阵地,是科技创新的沃土,企业是创新的主要个体。《广东省科技创新条例》是广东省为促进科技创新、推动高质量发展而制定的地方性法规,主要内容包括: 总则:明确立法目
    广州铁金刚 2025-02-28 10:14 103浏览
  • Matter 协议,原名 CHIP(Connected Home over IP),是由苹果、谷歌、亚马逊和三星等科技巨头联合ZigBee联盟(现连接标准联盟CSA)共同推出的一套基于IP协议的智能家居连接标准,旨在打破智能家居设备之间的 “语言障碍”,实现真正的互联互通。然而,目标与现实之间总有落差,前期阶段的Matter 协议由于设备支持类型有限、设备生态协同滞后以及设备通信协议割裂等原因,并未能彻底消除智能家居中的“设备孤岛”现象,但随着2025年的到来,这些现象都将得到完美的解决。近期,
    华普微HOPERF 2025-02-27 10:32 214浏览
  • 在2024年的科技征程中,具身智能的发展已成为全球关注的焦点。从实验室到现实应用,这一领域正以前所未有的速度推进,改写着人类与机器的互动边界。这一年,我们见证了具身智能技术的突破与变革,它不仅落地各行各业,带来新的机遇,更在深刻影响着我们的生活方式和思维方式。随着相关技术的飞速发展,具身智能不再仅仅是一个技术概念,更像是一把神奇的钥匙。身后的众多行业,无论愿意与否,都像是被卷入一场伟大变革浪潮中的船只,注定要被这股汹涌的力量重塑航向。01为什么是具身智能?为什么在中国?最近,中国具身智能行业的进
    艾迈斯欧司朗 2025-02-28 15:45 221浏览
  • 在物联网领域中,无线射频技术作为设备间通信的核心手段,已深度渗透工业自动化、智慧城市及智能家居等多元场景。然而,随着物联网设备接入规模的不断扩大,如何降低运维成本,提升通信数据的传输速度和响应时间,实现更广泛、更稳定的覆盖已成为当前亟待解决的系统性难题。SoC无线收发模块-RFM25A12在此背景下,华普微创新推出了一款高性能、远距离与高性价比的Sub-GHz无线SoC收发模块RFM25A12,旨在提升射频性能以满足行业中日益增长与复杂的设备互联需求。值得一提的是,RFM25A12还支持Wi-S
    华普微HOPERF 2025-02-28 09:06 143浏览
  • 一、VSM的基本原理震动样品磁强计(Vibrating Sample Magnetometer,简称VSM)是一种灵敏且高效的磁性测量仪器。其基本工作原理是利用震动样品在探测线圈中引起的变化磁场来产生感应电压,这个感应电压与样品的磁矩成正比。因此,通过测量这个感应电压,我们就能够精确地确定样品的磁矩。在VSM中,被测量的样品通常被固定在一个震动头上,并以一定的频率和振幅震动。这种震动在探测线圈中引起了变化的磁通量,从而产生了一个交流电信号。这个信号的幅度和样品的磁矩有着直接的关系。因此,通过仔细
    锦正茂科技 2025-02-28 13:30 100浏览
  • 请移步 gitee 仓库 https://gitee.com/Newcapec_cn/LiteOS-M_V5.0.2-Release_STM32F103_CubeMX/blob/main/Docs/%E5%9F%BA%E4%BA%8ESTM32F103RCT6%E7%A7%BB%E6%A4%8DLiteOS-M-V5.0.2-Release.md基于STM32F103RCT6移植LiteOS-M-V5.0.2-Release下载源码kernel_liteos_m: OpenHarmon
    逮到一只程序猿 2025-02-27 08:56 195浏览
  • 美国加州CEC能效跟DOE能效有什么区别?CEC/DOE是什么关系?美国加州CEC能效跟DOE能效有什么区别?CEC/DOE是什么关系?‌美国加州CEC能效认证与美国DOE能效认证在多个方面存在显著差异‌。认证范围和适用地区‌CEC能效认证‌:仅适用于在加利福尼亚州销售的电器产品。CEC认证的范围包括制冷设备、房间空调、中央空调、便携式空调、加热器、热水器、游泳池加热器、卫浴配件、光源、应急灯具、交通信号模块、灯具、洗碗机、洗衣机、干衣机、烹饪器具、电机和压缩机、变压器、外置电源、消费类电子设备
    张工nx808593 2025-02-27 18:04 120浏览
  •         近日,广电计量在聚焦离子束(FIB)领域编写的专业著作《聚焦离子束:失效分析》正式出版,填补了国内聚焦离子束领域实践性专业书籍的空白,为该领域的技术发展与知识传播提供了重要助力。         随着芯片技术不断发展,芯片的集成度越来越高,结构也日益复杂。这使得传统的失效分析方法面临巨大挑战。FIB技术的出现,为芯片失效分析带来了新的解决方案。它能够在纳米尺度上对芯片进行精确加工和分析。当芯
    广电计量 2025-02-28 09:15 116浏览
  • 应用趋势与客户需求,AI PC的未来展望随着人工智能(AI)技术的日益成熟,AI PC(人工智能个人电脑)逐渐成为消费者和企业工作中的重要工具。这类产品集成了最新的AI处理器,如NPU、CPU和GPU,并具备许多智能化功能,为用户带来更高效且直观的操作体验。AI PC的目标是提升工作和日常生活的效率,通过深度学习与自然语言处理等技术,实现更流畅的多任务处理、实时翻译、语音助手、图像生成等功能,满足现代用户对生产力和娱乐的双重需求。随着各行各业对数字转型需求的增长,AI PC也开始在各个领域中显示
    百佳泰测试实验室 2025-02-27 14:08 255浏览
  • 更多生命体征指标风靡的背后都只有一个原因:更多人将健康排在人生第一顺位!“AGEs,也就是晚期糖基化终末产物,英文名Advanced Glycation End-products,是存在于我们体内的一种代谢产物” 艾迈斯欧司朗亚太区健康监测高级市场经理王亚琴说道,“相信业内的朋友都会有关注,最近该指标的热度很高,它可以用来评估人的生活方式是否健康。”据悉,AGEs是可穿戴健康监测领域的一个“萌新”指标,近来备受关注。如果站在学术角度来理解它,那么AGEs是在非酶促条件下,蛋白质、氨基酸
    艾迈斯欧司朗 2025-02-27 14:50 400浏览
  • 2025年2月26日,广州】全球领先的AIoT服务商机智云正式发布“Gokit5 AI智能体开发板”,该产品作为行业首个全栈式AIoT开发中枢,深度融合火山引擎云原生架构、豆包多模态大模型、扣子智能体平台和机智云Aiot开发平台,首次实现智能体开发全流程工业化生产模式。通过「扣子+机智云」双引擎协同架构与API开放生态,开发者仅需半天即可完成智能体开发、测试、发布到硬件应用的全流程,标志着智能体开发进入分钟级响应时代。一、开发框架零代码部署,构建高效开发生态Gokit5 AI智能体开发板采用 “
    机智云物联网 2025-02-26 19:01 162浏览
  • 构建巨量的驾驶场景时,测试ADAS和AD系统面临着巨大挑战,如传统的实验设计(Design of Experiments, DoE)方法难以有效覆盖识别驾驶边缘场景案例,但这些边缘案例恰恰是进一步提升自动驾驶系统性能的关键。一、传统解决方案:静态DoE标准的DoE方案旨在系统性地探索场景的参数空间,从而确保能够实现完全的测试覆盖范围。但在边缘案例,比如暴露在潜在安全风险的场景或是ADAS系统性能极限场景时,DoE方案通常会失效,让我们看一些常见的DoE方案:1、网格搜索法(Grid)实现原理:将
    康谋 2025-02-27 10:00 252浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦