一、電動汽車多功能充電變流器

       近年，無論是股市趨勢還是政策偏向，都將焦點聚焦在了新能源領域上。電動汽車作為新能源領域最被看中的產業，正在時代機遇的風口上，連剛上任的拜登都推翻前任特朗普鼓勵繼續使用汽油發動機的法規，決心將近65萬政府車隊全部換成電動汽車。隨著電動汽車行業的蓬勃發展，車載電子設備呈小型化、集成化、高功率密度化的趨勢發展。

 

       2020年，Li Shi Xiang設計了一種電動車多功能充電變流器，該變流器可以通過四個模式選擇開關，切換不同的工作模式。采用“拓撲復用”的方法，不同功能之間可以共用一套功率電子元器件和控制系統，實現了車載充電系統的小型化、輕量化，提高了充電系統的經濟性。

 

【多功能充電變流器整體框架圖】

 

二、系統主電路設計思路及參數設計

       系統的前級APFC部分采用交錯并聯Boost PFC拓撲并以CCM模式下的平均電流法作為前級控制策略，后級多功能DC/DC部分采用全橋LLC諧振變換器拓撲，并采用PFM-Burst控制策略。

 

各電路主要參數

前級APFC電路：

• 輸入電壓范圍：176~264V
• 輸出電壓：400V
• 功率因數：≥99%
• 電感L1=L2=124.6μH
• MOS管：VDS=600V，ID＞18A
• 功率二極管：IF=10A，VRRM=650V
• 控制芯片：UCC28070
• 互感器：B82801B205A100，匝比1:100，電感2.2mH

 

后級多功能DC/DC部分

• OBC功率回路：輸出額定電壓330V，輸出最大電流10A
• DC/DC功率回路：輸出電壓14V，輸出最大電流100A
• 全橋逆變中功率場效應管：VDS=600V，ID大于等于22.8A
• 次級整流二極管：VRRM=650V，IFAV=10A
• 自驅動同步整流中功率場效應管：VDS=40V，ID=100A
• 繞組：①原邊單股N=25匝②副邊單股 N1=21匝③副邊10股并繞 N2=1匝

 

前級交錯并聯Boost PFC電路

 

【前級交錯并聯Boost PFC電路】

       交錯并聯Boost PFC電路在保留單路Boost PFC電路優點的同時，降低了MOS管的功率耗損，減小了輸出濾波電容的應力，使PFC電路的模塊化更容易實現。

 

       電路選用的開關管耐壓為600V，最大電流應大于18A，此處可使用VBsemi微碧的NMOS管VBP16R47S，VDS=600V，ID=47A導通電阻RDSon=70mΩ。

 

可選用的VBsemi微碧半導體場效應管型號：

①VBP16R47S

②VBP16R47SFD

 

 

【適用的VBsemi微碧MOS管型號參數】

 

 

 

 

 

 

后級多功能DC/DC模式部分

 【全橋LLC諧振變化器拓撲結構劃分】

 

 【多功能DC/DC變換器框圖】

       當動力電池需要充電時，閉合開關S1和S2，斷開S3和S4，通過OBC功率回路，輸入交流電220V，經過前級功率因數校正電路輸出的高壓直流電，再通過后級多功能DC/DC變換器的第一組輸出線圈經整流后給動力電池充電；

 

       當汽車啟動時，閉合開關S3和S4，斷開S1和S2，通過DC/DC功率回路，以動力電池輸出的高壓直流電為輸入源，經多功能DC/DC變換器降壓后再給輔助電池充電。

 

       全橋逆變中使用的MOS管需要耐壓600V，承受電流大于等于22.8A，可以選用VBsemi微碧的NMOS管VBP16R47S，VDS=600V，ID=47A導通電阻RDSon=70mΩ。

 【自驅動同步整流原理圖】

       相對于OBC模式輸出的是高壓，DC/DC模式輸出為低壓、大電流，因此次級整流需要采用自取同步整流，在不增加額外元器件、不改變LLC變換器工作狀態的情況下實現同步整流，此處可以采用VBsemi微碧半導體的NMOS管VBQA1401，VDS=40V，ID=100A，導通電阻RDSon=1mΩ。

 

可選用的VBsemi微碧半導體場效應管型號：

①VBQA1401

②VBM1405

③VBL1405

④VBED1402

⑤VBNC1402

 

 

【適用的VBsemi微碧MOS管型號參數】

三、微碧半導體MOS管封裝及應用

       微碧半導體企業主要產品的封裝有：SOP-8 、TO-220（F）、TO-263、TO-247、TO-252、TO-251、SOT-23、SOT-223、SOT-89、QFN、AO3400、IRF540、IRF630等系列封裝產線。

 

【微碧部分MOS管產品封裝】

       廣泛應用于3C數碼、安防設備、測量儀器、廣電教育、家用電器、軍工/航天、可穿戴設備、汽車電子、網絡通信、物聯網IoT、新能源、醫療電子、照明電子、智能家居、電腦主板顯卡、MID\UMPC 、GPS、藍牙耳機、PDVD、車載DVD、汽車音箱、液晶顯示器、移動電源、手機電池（鋰電池保護板）、LED電源等產品。微碧半導體有限公司以飽滿的激情，拼搏務實的干勁，不斷創新進取，致力于為客戶群體打造出一座高效、便捷、直通、優質的服務橋梁。

四、參考文獻

[1]李石祥. 電動汽車多功能充電變流器的設計與實現[D].電子科技大學,2020.

[2]陳吉清,邱澤鑫,蘭鳳崇,郭慧.純電動汽車車載充電技術的發展研究[J].科技管理研究,2015,35(16):36-40.

[3]黃菊花,丁湘粵,曹銘.集成式車載充電機的研究[J].電源技術,2014,38(12):2430-2432.

[4]邢勇,楊玉崗.LLC諧振變換器自驅同步整流方案[J].電源技術,2011,35(07):838-840.