电动车(EV)充电系统应用及其设计指南(四) — ACDC电源模块

接下来我们来看一下充电 控制单元里面的AC/DC变化模块。

AC/DC变化模块是将输入的 交流电转化为输出可调的直流电，

并给动力电池充电。

它是整个充电桩的核心部件。

不管是直流桩还是交流桩，

都含有AC/DC变化模块。

对直流桩来说，AC/DC 变化模块是装在充电机里的，

非车载的，一般叫做电源模块。

对交流桩来说，AC/DC 变化模块是装在车子上的，

一般叫做车载充电机OPC。

首先我们来看一下 直流桩的电源模块。

我们看左上角这个图， 这个就是一个电源模块。

它一般的输入 电压是380伏的交流电，

输入范围为323伏到475伏，

输出是200伏到700伏。

那么这里输出的电压是可调的。

不同厂家的动力电池 要求的电压是不一样的。

比如说像200伏到 400伏一般是供给私家车用，

700伏这样的高压 一般是供给电动大巴、

电动公交车等大型车辆。

DI模块的功率一般有 7.5千瓦、15千瓦、25千瓦几个规格。

那么其中7.5千瓦一般 用的上一代的充电桩模块。

目前大家采用的是15千瓦的比较多。

各个厂家也正在 积极研发25千瓦的模块。

那我们看右边这一个 图，它是一个直流充电桩，

里面我们可以看到 有很多个电源模块。

如果这个桩子是120千瓦的桩子，

而且配的是15千瓦的模块的话，

那也就是说，这个 桩要配八个电源模块。

电源模块的效率一般都做得比较高，

能达到95%左右，

PF值一般能大于0.99。

而且它对输出的电压 电流的精度有一定的要求，

比如像输出的电压 精度要求小于+/-0.3%。

那我们看中间这个图， 是电源模块的一个简化图。

从这个图我们可以看到，它输入 的是一个三向的交流电，380伏。

经过前面的AC-DC变化，

转化为电压固定的直流电， 并通过后节的DC-DC环节，转化为

输出可调的直流电源。

那么前面的AC-DC环节 一般采用维也纳的拓扑结构比较多。

它是一种三电瓶的PFC电路，

输出电压为+400伏、0伏和-400伏。

后节的DC-DC环节一般 采用LLC的拓扑结构比较多。

结构的话，那后节的 LLC一般采用三项的LLC，

或者是两个LLC并起来。

针对电源模块，我们有 两套方案建议大家使用。

一是主控采用28033两颗，

然后电流采用 AMC1200加上电阻采样。

3224主控采用一颗 28062加上一颗28031，

电流采用Hall加上LM258运放。

那么这两种方案的最主要的 区别就是前面的维也纳的控制。

前面方案一的话，它 维也纳采用的是28033作为主控；

方案二的维也纳 的控制采用的是28062。

那么28062和28033 这两个芯片最主要的区别是：

28033是定点的，主频只有60兆；

而后面的28062是浮点的运算器，

主频有90兆。

方案一适用于维也纳 采用SP（听不清）控制；

方案二适用于维也纳采用矢量控制。

我们来看看它详细的框图。

从这个框图可以看出，整个 电源模块是采用全数字控制的。

两颗C2000芯片分别控制前面的 PFC环节和后面的DC-DC LLC环节。

前面的PFC环节 需要采输入的电压电流。

那么电流采样我们建议一种 方式是采用AMC1200加上电阻来采，

那么另外一种方案是 Hall加上一般的运放LM258来采。

那输出的PFC这块有六个模式管，

输出的驱动一般采用 UCC27524加上驱动变压器，

或者是UCC21520作为直接驱动。

那么电压电流的保护采用 LM2903作为外围的硬件保护电路，

并且接到C2000的TC管脚上。

那TC管脚是一个驱补管脚，

它能够在50个纳秒以内 关掉PWM的输出，

有效地保护功率管 、模式管。

那么LLC也是采用 一颗C2000芯片来控制，

需要采输出的电压电流，

而且LLC这一节是对外 的，因此它有一个CAN通讯。

如果是采用隔离的CAN 的话，那建议采用ISO1050；

如果不隔离， 建议采用SN65HVD1050。

两颗芯片我们都建议 采用TPS3823作为复位芯片。

下面是两个板子的辅助电源，

那都是从直流母线上来取电。

AC转DC部分我们 建议采用UCC28740，

两颗C2000芯片 之间的通讯采用SPI通讯，

并且需要隔离，因为两个 板子的电是不供在一起的。

那我们建议用 ISO7342作为隔离芯片。

接下来我们再来 看一下交流桩的车载充电机。

车载充电机它的功率一般比较小，

一般有2.2千瓦、 3.3千瓦和6.6千瓦几个规格。

因此它采用的也是 单向的交流电输入。

那么我们看中间这个图就可以看到，

它是从交流桩上 取到220伏的交流电，

然后经过前节的AC-DC环节，

变成电压固定的直流电；

然后经过后节的DC-DC环节，

变成输出可调的 直流电接到动力电池上。

车载充电机的效率 一般能做到94%左右，

然后输出的电压也是 120伏到430伏可调的。

那么在这个地方，车载充电机 它的终端应用分为两大部分：

一个是高速车，一个是低速车。

高速车也就是说可以在市面上 可以跑的、能上牌照的车子，

它的电压的范围一般比较高，

比如像240伏、320伏、430伏等等。

那么还有一种是 小型的四轮车、低速车，

它的电压范围相对来比较小， 比如像80伏、120伏、160伏等等。

那么今天我们要讲的主要是高速车。

针对车载充电机我们 也有两种方案可供选择：

一种是全数字控制， 用28069作为主控芯片；

第二种是半数字控制， 采用28031控制LLC部分，

采用模拟的 UC2854作为PFC的控制。

那么这两种方案的特点是：

方案一是高效， 效率较高，纹波较小，

但是它对主控芯片要求性能更高 的MCU，比如像2806x和2807x。

那么分别看两种方案。

首先看第一种方案。 我们可以看到，这个地方是

一个28069 C2000芯片 完成整个的PFC和LLC的控制，

并且是放在缘边侧的。

同样的，它也需要采输入的电压、 电流、直流母线电压、输出的电压。

那么由于主控芯片是放在缘边侧的，

因此，输出的电压电流 采样必须采用隔离的方式。

那我们建议用AMC1200作为隔离。

外围的硬件保护 采用LM2903比较器，

接到TC管脚上作 为外部的硬件保护。

车载充电机必须要 有一个隔离的CAN通讯，

因此建议用ISO1050。

电压、电流的采样方式也比较多。

针对电流采样我们可以推荐

用Hall加LM258， 或者是MC100加上电阻。

下面是辅助源，同样 也是从直流母线上取电。

我们再看一下方案二。

方案二和方案一的主要 区别刚才说了，是在PFC这一侧。

那么方案二是采用 UCC2854来作为PFC的控制 。

那么方案二的优点是，

28031这一颗 主控芯片主要控制LLC侧，

因此它的调试相对会比较简单。

同样的，28031是放在缘边侧。

输出侧也需要进行用AMC1200 作为电压电流采样的一个隔离。

接下来我们来看一下充电 控制单元里面的AC/DC变化模块。

AC/DC变化模块是将输入的 交流电转化为输出可调的直流电，

并给动力电池充电。

它是整个充电桩的核心部件。

不管是直流桩还是交流桩，

都含有AC/DC变化模块。

对直流桩来说，AC/DC 变化模块是装在充电机里的，

非车载的，一般叫做电源模块。

对交流桩来说，AC/DC 变化模块是装在车子上的，

一般叫做车载充电机OPC。

首先我们来看一下 直流桩的电源模块。

我们看左上角这个图， 这个就是一个电源模块。

它一般的输入 电压是380伏的交流电，

输入范围为323伏到475伏，

输出是200伏到700伏。

那么这里输出的电压是可调的。

不同厂家的动力电池 要求的电压是不一样的。

比如说像200伏到 400伏一般是供给私家车用，

700伏这样的高压 一般是供给电动大巴、

电动公交车等大型车辆。

DI模块的功率一般有 7.5千瓦、15千瓦、25千瓦几个规格。

那么其中7.5千瓦一般 用的上一代的充电桩模块。

目前大家采用的是15千瓦的比较多。

各个厂家也正在 积极研发25千瓦的模块。

那我们看右边这一个 图，它是一个直流充电桩，

里面我们可以看到 有很多个电源模块。

如果这个桩子是120千瓦的桩子，

而且配的是15千瓦的模块的话，

那也就是说，这个 桩要配八个电源模块。

电源模块的效率一般都做得比较高，

能达到95%左右，

PF值一般能大于0.99。

而且它对输出的电压 电流的精度有一定的要求，

比如像输出的电压 精度要求小于+/-0.3%。

那我们看中间这个图， 是电源模块的一个简化图。

从这个图我们可以看到，它输入 的是一个三向的交流电，380伏。

经过前面的AC-DC变化，

转化为电压固定的直流电， 并通过后节的DC-DC环节，转化为

输出可调的直流电源。

那么前面的AC-DC环节 一般采用维也纳的拓扑结构比较多。

它是一种三电瓶的PFC电路，

输出电压为+400伏、0伏和-400伏。

后节的DC-DC环节一般 采用LLC的拓扑结构比较多。

结构的话，那后节的 LLC一般采用三项的LLC，

或者是两个LLC并起来。

针对电源模块，我们有 两套方案建议大家使用。

一是主控采用28033两颗，

然后电流采用 AMC1200加上电阻采样。

3224主控采用一颗 28062加上一颗28031，

电流采用Hall加上LM258运放。

那么这两种方案的最主要的 区别就是前面的维也纳的控制。

前面方案一的话，它 维也纳采用的是28033作为主控；

方案二的维也纳 的控制采用的是28062。

那么28062和28033 这两个芯片最主要的区别是：

28033是定点的，主频只有60兆；

而后面的28062是浮点的运算器，

主频有90兆。

方案一适用于维也纳 采用SP（听不清）控制；

方案二适用于维也纳采用矢量控制。

我们来看看它详细的框图。

从这个框图可以看出，整个 电源模块是采用全数字控制的。

两颗C2000芯片分别控制前面的 PFC环节和后面的DC-DC LLC环节。

前面的PFC环节 需要采输入的电压电流。

那么电流采样我们建议一种 方式是采用AMC1200加上电阻来采，

那么另外一种方案是 Hall加上一般的运放LM258来采。

那输出的PFC这块有六个模式管，

输出的驱动一般采用 UCC27524加上驱动变压器，

或者是UCC21520作为直接驱动。

那么电压电流的保护采用 LM2903作为外围的硬件保护电路，

并且接到C2000的TC管脚上。

那TC管脚是一个驱补管脚，

它能够在50个纳秒以内 关掉PWM的输出，

有效地保护功率管 、模式管。

那么LLC也是采用 一颗C2000芯片来控制，

需要采输出的电压电流，

而且LLC这一节是对外 的，因此它有一个CAN通讯。

如果是采用隔离的CAN 的话，那建议采用ISO1050；

如果不隔离， 建议采用SN65HVD1050。

两颗芯片我们都建议 采用TPS3823作为复位芯片。

下面是两个板子的辅助电源，

那都是从直流母线上来取电。

AC转DC部分我们 建议采用UCC28740，

两颗C2000芯片 之间的通讯采用SPI通讯，

并且需要隔离，因为两个 板子的电是不供在一起的。

那我们建议用 ISO7342作为隔离芯片。

接下来我们再来 看一下交流桩的车载充电机。

车载充电机它的功率一般比较小，

一般有2.2千瓦、 3.3千瓦和6.6千瓦几个规格。

因此它采用的也是 单向的交流电输入。

那么我们看中间这个图就可以看到，

它是从交流桩上 取到220伏的交流电，

然后经过前节的AC-DC环节，

变成电压固定的直流电；

然后经过后节的DC-DC环节，

变成输出可调的 直流电接到动力电池上。

车载充电机的效率 一般能做到94%左右，

然后输出的电压也是 120伏到430伏可调的。

那么在这个地方，车载充电机 它的终端应用分为两大部分：

一个是高速车，一个是低速车。

高速车也就是说可以在市面上 可以跑的、能上牌照的车子，

它的电压的范围一般比较高，

比如像240伏、320伏、430伏等等。

那么还有一种是 小型的四轮车、低速车，

它的电压范围相对来比较小， 比如像80伏、120伏、160伏等等。

那么今天我们要讲的主要是高速车。

针对车载充电机我们 也有两种方案可供选择：

一种是全数字控制， 用28069作为主控芯片；

第二种是半数字控制， 采用28031控制LLC部分，

采用模拟的 UC2854作为PFC的控制。

那么这两种方案的特点是：

方案一是高效， 效率较高，纹波较小，

但是它对主控芯片要求性能更高 的MCU，比如像2806x和2807x。

那么分别看两种方案。

首先看第一种方案。 我们可以看到，这个地方是

一个28069 C2000芯片 完成整个的PFC和LLC的控制，

并且是放在缘边侧的。

同样的，它也需要采输入的电压、 电流、直流母线电压、输出的电压。

那么由于主控芯片是放在缘边侧的，

因此，输出的电压电流 采样必须采用隔离的方式。

那我们建议用AMC1200作为隔离。

外围的硬件保护 采用LM2903比较器，

接到TC管脚上作 为外部的硬件保护。

车载充电机必须要 有一个隔离的CAN通讯，

因此建议用ISO1050。

电压、电流的采样方式也比较多。

针对电流采样我们可以推荐

用Hall加LM258， 或者是MC100加上电阻。

下面是辅助源，同样 也是从直流母线上取电。

我们再看一下方案二。

方案二和方案一的主要 区别刚才说了，是在PFC这一侧。

那么方案二是采用 UCC2854来作为PFC的控制 。

那么方案二的优点是，

28031这一颗 主控芯片主要控制LLC侧，

因此它的调试相对会比较简单。

同样的，28031是放在缘边侧。

输出侧也需要进行用AMC1200 作为电压电流采样的一个隔离。