一、概述
随着新能源汽车技术的快速发展,终端应用渗透率正迅速提高,在可预见的未来,整个新能车市场的规模将会持续扩大,迈向规模化、高质量发展阶段。充电桩作为新能源汽车产业链的重要一环,加快充电桩配套设施的建设和完善对于缓解补电焦虑,推动电动汽车更深层次的普及至关重要。为了适应用户快速、安全的充电需求,提升充电桩的功率等级和效率是其发展的主流方向。
二、直流充电模块工作原理及拓扑结构
直流充电桩与电网连接,经过整流升压后,输出可调直流电给动力电池进行充电,具备调压范围宽、输出功率高,充电速度快等特点,得到了广泛应用,其整体结构框图如图1所示。功率部分由多个直流充电模块并联构成,随着直流充电桩功率的持续提高,其充电模块的功率等级亦随之增大,从主流的20kW/30kW逐步提升至40kW/50kW及以上。其系统框图如图2所示。
图1 直流充电桩结构框图
资料来源:充电桩热设计问题思考
图2 直流充电桩系统框图
直流充电模块的功率回路由AC/DC、DC/DC两部分组成。AC/DC部分连接电网侧,用于整流和功率因素校正;DC/DC部分输出可调直流电压,满足不同类型电池的充电需求。
图3 直流充电模块结构图
典型的单向直流充电模块的拓扑结构如图4所示。AC/DC部分采用三相维也纳PFC,该拓扑可以有效降低功率器件电压应力,开关频率较高,有效降低磁性器件体积,提升系统的功率密度。DC/DC部分采用原边串联、副边交错并联的LLC拓扑,可以实现原边ZVS和副边的ZCS,降低系统损耗,提升充电效率。
图4 直流充电模块典型拓扑结构
随着V2G、V2X等技术的发展,直流充电桩需要实现能量的双向流动,助力新能源行业更高质量发展。典型的双向拓扑结构如图5所示,前后级均可使用1200V的功率器件。此应用中,高压MOSFET将会展现出优异的器件特性。
图5 双向直流充电模块典型拓扑结构
三、31399金沙娱场城器件选型方案
针对直流充电桩领域,31399金沙娱场城可提供完整的芯片选型解决方案,覆盖功率链和信号链等众多产品,产品型号完善、性能优异。31399金沙娱场城功率器件与积塔半导体深度融合,包含MOSFET、IGBT、等全系列产品,为高可靠直流充电模块设计提供助力,具体选型如表1所示:
表1 功率器件选型列表
功能单元 | 应用拓扑 | 电压等级 | 产品 | 产品类型 | 封装类型 |
前级AC-DC | 三相维也纳PFC | 650V | BLG40T65FDK-F | IGBT单管 | TO247-3L |
BLG50T65FDKA-F | TO247-3L | ||||
BLG60T65FDK-F | TO247-3L | ||||
BLG75T65FDK-F | TO247-3L | ||||
后级DC-DC | 全桥LLC/DAB | 600V/650V | BLS60R020F-F | MOSFET单管 | TO247-3L |
BLS65R041F-F | TO247-3L | ||||
1200V | BLC40N120-Z | TO247-4L | |||
BLC16N120-Z | TO247-4L | ||||
BLC13N120-Z | TO247-4L | ||||
辅助电源 | 单管反激 | 1500V | BL3N150-P | TO220 | |
BL4N150-P | TO220 | ||||
1200V | BL3N120-P | TO220 | |||
BL4N120-P | TO220 | ||||
BL6N120-P | TO220 | ||||
900V | BL9N90-P | TO220 | |||
BL4N90-P | TO220 |
同时,31399金沙娱场城拥有较为完善的电源管理、信号链产品可供选择,
产品质量可靠、供应稳定,具备专业的全流程技术支持及售后服务能力。选型参考如表2所示:
表2 充电桩芯片选型参考
产品 | 型号 | 特性 |
电源管理芯片 | ME1117 | LDO |
BL78L05D | 三端稳压器 | |
ME8206 | AC-DC控制器 | |
通讯接口芯片 | BL3085 | RS485收发器,最大速率500K |
BL7385 | 隔离485收发器,最大速率500K | |
BL7390 | 隔离高速485收发器,最大速率10M | |
BL13232ETS | RS232收发器 | |
BL1571/1571V | CAN接口芯片 | |
BL7371 | 隔离CAN接口 | |
物联网计量芯片 | BL0972 | 直流计量芯片 |
BL66A0242 | 直流计量SOC | |
BL0939 | 双路免校准交流计量 | |
BL0942 | 单路免校准交流计量 | |
存储器 | BL24CXXX | 2K~2M EEPROM |
RTC芯片 | BL5372 | 实时时钟芯片 |
BLX8563 | 实时时钟芯片 | |
达林顿管驱动 | ULN2803 | 输出8通道达林顿管驱动 |
ULN2003 | 输出7通道达林顿管驱动 |