优化大功率直流充电桩设计

充电时候是消费者和企业评价购置 (EV)的一个首要思量要素。为了收缩充电时候，业界正转向接纳 (DCFC) 。DCFC 绕过电动汽车的，间接向电池供应更高的功率，从而大大收缩充电时候。

为了完成更快的充电速率、适配更高的电动汽车电池电压并进步整体能效，DCFC 必须在更高的电压和功率程度下运转。这给 OEM 带来了挑衅，必需设想出一种可以或许优化服从，同时不影响可靠性和安全性的架构。

DCFC 集成为了多种器件，包孕用于辅佐电源、感测、电源治理、连贯和通讯的器件。此外，为了餍足种种电动汽车不息进展的充电需要，必需接纳灵巧的创造要领，这也使设想变得加倍庞杂。

图 1. DCFC 中的首要模块概览

倏地和超倏地充电

图 2 表现了交换充电和直流充电之间的差别。关于交换充电（图 2 左边）， (OBC) 拔出规范交换插座。OBC 将交流电转换为适量的直流电为电池充电。关于直流充电（图 2 右边），充电桩直接给电池充电。

图 2.交换充电和直流充电概念图。材料起源：Yolé Development

今朝电动汽车的 OBC 依附交换充电，最大额外功率为 22 kW。直流充电绕过了 OBC，间接向电池运送直流电，因此能供应高得多的功率，从 50 kW 到 400 kW 以上以至更高。

因为这个缘故原由，DCFC 常被称为“倏地”或“超倏地”充电桩。云云高的充电速率和更大的便利性为电动汽车带来了更多的使用和用例。比方，电动汽车假如需求八小时能力充满电，是不适合短途驾驶的，但借助超倏地充电桩，电动汽车能够在长久的歇息时间内少量充电，增添车辆的续航里程，使其加倍适宜平常应用。是以，从现在到 2030 年，倏地直流充电桩的复合年增长率预计将跨越 30%（起源：Yolé Development）。

碳化硅 (SiC) 和功率集成模块 (PIM) 手艺的前进，是促成向更倏地充电改变的关头驱动力。SiC 使 DCFC 可以或许以更高的频次运转（于是服从也更高），同时以更快的速率供应更多功率。PIM 使 OEM 可以或许快速将进步前辈的手艺集成到紧凑、简便的设置装备摆设中，并完成卓越的热治理、可靠性和可创造性，从而加速 SiC 手艺的遍及。

DCFC 理会

如图 3 所示，直流充电桩首要包孕两级：AC-DC 级和后续 DC-DC 级。AC-DC 级将来自电网的交流电转换为直流电，而第二级确保以适宜电池所需的电压和电流程度供应功率。

图 3. DCFC 的架构

关于贸易使用，3 级充电桩需求应用三相电源（图 4），能够在短短 30 分钟内增添 100 多英里的续航里程。在将电动汽车手艺引入运输和物流等使用方面，这些超倏地充电桩将发扬首要感化。

图 4. 单相电网的功率流（左），三相电网的功率流（右）

图 5. 倏地直流充电桩的架构

3 级 DCFC 的前端由三相功率因数校订 (PFC) 升压级构成，可所以单向或双向；升压级能够接纳种种拓扑（二电平或三电平）完成。PFC 级接收电网电压（400 EU、480 US），并将其升压至 700 至 1000 V。关于下一代充电桩，业界曾经对准了更高电压。

在升压级以后，DC−DC 断绝级将总线电压转换为所需的输入电压。此电压需要与电动汽车电池的充电曲线坚持同等。是以，DC-DC 输入大概需要在 150 V 至 1500 V 之间摆动，详细电压取决于电池和所处的充电阶段。转换器平日针对特定电压程度（罕见为 400 V 或 800 V）举行优化。为了完成更高的功率程度，DCFC 会将多个功率模块（图 6）重叠起来并联运转。

为了在此类高电压下完成更高的服从，业界正从分立式、IGBT 和混杂计划转向 SiC 功率集成模块 (PIM)。（图 7）除 PIM 以外，DCFC 还需要多种功率器件，包孕栅极驱动器 IC、数字隔离器、电源 IC（LDO、SMPS 等）和电流检测。

图 6. 300 kW DCFC 中的 12 x 25 kW 构建模块

铜片

图 7. 电机设想比拟

通讯和连贯也是 DCFC 设想的关头方面。重叠的模块需求可以或许与充电桩控制器通讯，车辆和充电桩必需就充电序列举行通讯（CAN 或 PLC）。自力的倏地直流充电桩还需要可以或许处置充电相干的领取。最初，充电桩需求治理本身的保护、软件进级比方经由过程蓝牙低功耗、Wi-Fi 4、LTE实践规范应用的直流充电和谈划定比方 IEC−61851 / SAE1772、GB/T、CHAdeMO、组合充电体系 (CCS) 或特斯拉超等充电桩（图 8）。

图 8.交换和直流倏地充电桩的架构

DCFC关头设想思量要素

分立式设想仍是功率集成模块 (PIM)：

分立式设想的灵活性更大开辟进程庞杂关于许多使用而言，模块服从方面的诸多上风是分立式设想难以企及比方，模块将多个功率器件集成在单个紧凑的封装中，简化了机器组装，优化了治理，提高了可靠性，并减少了电压尖峰和高频 EMI。

架构/拓扑布局：

仿真模子：

明确特定使用需求哪些规范和谈。确保所选的供应商产物系列支撑所有大概需求归入规范支撑现今将来的电动汽车。

为了完成这一目的，直流充电桩需要与体系 (ESS) 和太阳能发电体系集成。ESS岑岭时段充电贮存电力以供日间应用经由过程装置太阳能电池板日间发电能够缩小对 ESS 电力损耗，从而加重 ESS 的负荷这类设置中，DC/DC 转换器能够连接到低压总线来为电动汽车充电。

图9. 由可再生太阳能电池板办法供电倏地超等充电桩

安森美(onsemi)致力于在供应链的所有层面完成继续进展关于但愿接纳此类进步前辈架构的 OEM，安森美能够赞助他们以高效平安靠得住继续体式格局集成适宜手艺倏地倏地直流充电是电动汽车将来倏地直流充电可以或许将充电时候收缩至不到一小时，这将为电动汽车开发一系列全新使用畛域应用场景。

总结

安森美供应厚实的参考设想和硬件，配备特地的专家使用团队环球充电体系设想供应 SiC 驱动器优化体系计划业余常识设想职员能够倏地评价驱动器加快使用开辟。