3.3KW--6.6KW汽车车载充电机充电桩原理及设计
6600W汽车充电机,充电桩 On board charger 高效电源应用方案 高达97%以上的效率 超小体积 无风扇设计 无散热片设计 整个电源将分二部分组成，如下图 此部分是采用氮化镓MOS的 无桥PFC电路，没有整流桥 设计，从而大大提高效率 99%以上 DC/DC部分采用的是氮化镓MOS 实现99%的效率（48V以上输出） 输出电压 170 to 500 VDC 输出功率: 3.3kW max 输出电流: 12 ADCmax 效率效率: 96% 输出 输入电压: 85 to 265 VAC 频率: 45 to 70 Hz 输入电流: 20 ARMSmax PFC: 0.99 输入 输出电压: 12V24VDC 输出功率: 2.0kW max 输出电流: 12 ADCmax 效率效率: 97% 输出 输入电压: 200-500 Vdc 输入电流: 15 ARMSmax 输入 充电机部分：高达99%效率（PFC) 车载DC/DC部分 高效率，要求我们PFC部分及DC/DC部分均达98%以上效 率方可，这里介绍采用氮化镓的无桥PFC（效率高达99%） 及采用氮化镓的全桥DC/DC，效率亦达99%。 方可使整机方案 0.99*0.99=98%效率 PFC电路升级电路升级 传统单级PFC，有整流桥 交错式PFC，有整流桥 适合中小功率 含有整流桥，当大功率输出时，桥上损 耗较大。MOSFET及二极管损耗较大 单电感。 大功率常会选此电路 含有整流桥，当大功率输出时，桥上损 耗较大。MOSFET及二极管损耗较大 需要二个电感，二个SIC二极管 体积较大 Coolmos无桥PFC，没有整 流桥 氮化镓MOS无桥PFC，无整流桥，采用 SIC二极管 氮化镓MOS无桥PFC，无整流桥，采用同 步整流 目前主流的无桥PFC 无整流桥，通过DSP/MCU控制S1,S2实现无桥 PFC。 节省了整流桥上的损耗，效率大大提高。但需需二 个电感，二个SIC二极管，二个MOSFET。 体积相对交错PFC，一样较大 采用氮化镓MOS的无桥PFC 只要一个电感，二个MOSFET，二个硅二极管 实现99.0%的效率，PF99 相对Coolmos方案。效率提高，成本下降，体积减少1/3 采用同步整流的氮化镓无桥PFC S1,S2是工频开关，50HZ， Q1,Q2采用高频50K500K 开关实现无桥PFC. 99.4%效率。PF99 高效率，线路简单，低成本。 工频50HZ，采用硅 管进行同步整流 采用氮化镓MOS 同步整流。工作在 50KHZ 500KHZ, 达 1MHZ EMI滤波部分 PFC电感，仅 一个 取样电阻 氮化镓MOS/HEMT的无桥PFC原理图 采用的是DSP控制，工作频率在100KHZ 2400W，仅需一个很小的散热片 一个很小的PFC电感 线路简单。 效率高达近99% EMI实测报告 正面图 背面图 采用QFN封装的氮化镓做成的模块化产品 1000W及2200W的无桥PFC（电感大小不同） 效率高达99。5% Low residue charge for GaN allows for a fast reset time & a much reduced recirculation energy Courtesy: Work done by Virginia Tech. DC/DC,基于氮化镓的基于氮化镓的LLC电路电路（效率（效率1%3%提高等同频率，等同提高等同频率，等同Rds(on) GaN Cool-Mos GaN vs CoolMosfet效率差别 500K LLC 10%负载50%负载100%负载 3.50%1.80%1.0% GaN vs CoolMosfet效率差别 500K LLC 10%负载50%负载100%负载 3.50%1.80%1.0% 小功率DC/DC产品 整个LLC设计无散热片处理 效率高达98.8% 1500W DC/DC模块/采用氮化镓 MOS设计 高超高功率密度 99%效率，很好用于汽车上的 DC/DC 电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)作为解决当今世界环境污染和能源危机两大问题 的方法之一越来越受到重视。动力电池和低压蓄电池是电动汽车的两个核心部件,动 力电池为电动机提供能量并存储再生制动时的能量,低压蓄电池为车载仪表、控制及 照明系统提供能量,车载辅助电源DC-DC变换器作为两组电池之间的桥梁,要求其具有 高效率、高功率密度、高可靠性等特点。适用于车载辅助电源DC/DC变换器的拓扑 有多种,其中全桥ZVS软开关变换器以其高效率、结构、控制简单等优点而倍受青睐, 成为研究热点。本文以提高车载辅助电源的效率和功率密度为目标,着重针对单级全 桥ZVS变换器和两级变换器中前级峰值控制交错并联Boost变换器进行了研究。 论文 首先介绍了车载电源拓扑发展及现状,针对1500W,输出12V,125A的应用场合,选取单 模块750W全桥ZVS变换器、两模块并联的方案进行研究,在总结前人研究的基础上, 进行变换器主电路参数的设计以及功率器件的选取,建立了变换器小信号模型,并详细 给出了补偿网络的设计方法。文中还对实验调试过程中的桥臂直通问题进行了探讨。 在分析设计的基础上,搭建了一台750W实验样机,对样机效率做出了测试。 效率是体 积有限、运行工况恶劣的车载辅助电源最重要的性能指标之一,本文建立了全桥ZVS 变换器的损耗模型,通过损耗分析得出主要的损耗来源,然后针对功率器件的选择、主 电路参数优化设计、吸收电路损耗的降低等几个方面进行了变换器的效率优化。对 两台750W实验样机进行了并联,设计了均流环补偿网络,并进行了均流效果的测试。 文章最后搭建了一台1500W交错并联Boost实验样机,变换器采用峰值控制方法,给出 了小信号模型,详细给出了补偿网络的设计过程,最后进行了稳态以及动态试验予以模 型的验证。
