大功率直流充电系统架构

大功率直流充电设计标准

国家大功率充电标准“Chaoji”技术标准设计目标是未来可实现电动汽车充电5分钟行驶400公里。

“Chaoji”技术标准主要设计参数如下：

最大电压：目前1000V （可扩展到1500V）；

最大电流：带冷却系统 500A（可扩展到600A）；

不带冷却系统 150-200A；

最大功率：900KW。

大功率直流充电系统架构

大功率直流快充系统一般由以下几部分构成：

三相有源整流前端完成AC-DC转换；

功率因数校正(PFC)；

具有隔离功能的DC-DC转化器，输出电动车电池需要的电压。

图片来自：onsemi

如下图25kW的直流充电桩的架构图所示，在实际设计的过程中，需要充电桩的输出功率和使用场景的不同，考虑到更多的维度包括：

功率拓扑，包括PFC和DC-DC的电源拓扑；

开关调制模式；

开关频率及损耗；

整机热管理；

辅助电源设计；

单相还是双向。

25 kW电动车直流充电桩的高级框图

图片来自：onsemi

有源整流升压级(PFC)

常见的商用直流充电器要求实现0.99的功率因数和低于7%的总谐波失真。

3相6开关有源整流与T-NPC或I-NPC等3级PFC维也纳拓扑结构相比，高效而且可以实现双向输出，元件数量也少。

系统的开关频率被设定为70 kHz，以保持二次谐波低于150 kHz，传导辐射能够得到控制，也简化了EMI滤波器的复杂性。

三相6开关拓扑结构，带有功率因数校正(PFC)

图片来自：onsemi

双有源全桥(DC-DC)

DC-DC级包含两个全桥、一个25千瓦的隔离变压器和一个初级侧的外部漏电感，以实现零电压开关(ZVS)。

双有源桥(DAB)DC-DC级

图片来自：onsemi

双有源桥(DAB)在实现双向运行的基础之上，利用移相调制可以实现在200 V至1000 V的输出电压时，峰值的能效达到98%。开关频率设定为100 kHz，将开关损耗、磁芯和交流损耗保持在合理的水平。

另一种方案是CLLC谐振转换器，是对LLC的改版，可实现双向工作。然而如果想要，控制、优化和调整CLLC以实现双向功能，并在较宽的输出电压范围实现高输出功率，需要结合频率调制和脉冲宽度调制，控制相对复杂。

 30kW汽车直流快充LLC电源方案

参考设计资料

原理图：

PCB文件：

BOM文件：