【应用】更高功率效率和功率密度，体积更小的30kW充电桩解决方案

时间： 2017-09-15 来源：世强作者：龙行天下

技术问答

充电桩分交流和直流充电，交流充电俗称慢充，直流充电俗称快充，直流充电桩其一端与交流电网相连，工频交流电通过三相维也纳整流功率模块转换为直流电，流经DC-LINK 电容稳压滤波，然后通过逆变功率模块逆变为高频交流电，最后变压器耦合及整流单元将它转换为不同的直流电压等级，为不同的电动汽车充电。充电桩一般安装在户外，防水防尘等级较高，要求达到IP54等级。所以，不宜采用风冷的方式散热，若考虑水冷散热，成本又难以控制。故传统一般采用散热器自然散热，却又会面临体积偏大的问题，别气馁，我们推荐的器件，具有更高功率效率和功率密度，使体积更小--瘦身不掉价。

30kW充电桩电路框图如图1所示：

图1：30kW充电桩电路框图

功率转换单元

功率转换单元是30kW充电桩的核心，直流充电桩是由逆变电源与外接设备组成，其中逆变电源是充电桩的核心，其工作过程为：工频交流－直流－高频交流－变压－直流，是将工频交流电整流、滤波后得到直流电，由IGBT或MOSFET逆变为15～100kHz的交流电，经中频主变压器降压后，再次整流滤波获得平稳的直流输出。

针对维也纳整流部分，VINCOTECH推出的flowSPFC 0功率模块10-FZ071SA100SM02-L526L18。

该功率模块优势如下：

• 效率高达99.2%

• Infineon H5晶元，最高工作频率达到75KHZ

• 集成温度检测、快恢复二极管和电容

• 有Press-fit管脚可选

• 主要市场：直流充电桩的维也纳整流部分

其内部结构如下：

图2：10-FZ071SA100SM02-L526L18内部框图

针对逆变部分，Vincotech推出的功率模块10-FY074PA100SM-L583F08。

该功率模块优势如下：

• 高效H桥IGBT功率模块。

• Vincotech H5晶元，最高工作频率达到100KHZ

• 集成温度检测、快恢复二极管和电容

• 具有低电感设计的12mm高度外壳封装

• 主要市场：直流充电桩的三电平逆变部分

其内部结构如下：

图2：10-FY074PA100SM-L583F08内部框图

执行单元

前面介绍了相应的功率模块，要驱动功率模块光耦必不可少，RENESAS针对驱动部分推出的PS9031-Y-V-F3-AX和PS9402-V-E3-AX，具有高共模抑制比（最大50 kV/us），2.5A驱动电流，宽温度范围（-40~125℃）。而且PS9402带Miller钳位和Desat检测保护功能，安全可靠。这两款光耦是世强常备库存，供货稳定，出货量大，可以Pin To Pin替换ACPL-W340和ACPL-332J光耦，同时价格便宜10%。

通信单元

Silicon Labs针对CAN、485以及I/O口通信提供了高集成度隔离方案，代表产品为Si86xx/Si88xx系列。

其特性如下：

• 高传输速率（150Mbs），高达5KV隔离电压

• 瞬态抑制能力 50KV/us

• AEC-Q100 认证，汽车级品质

• Si88xx集成片上 DC-DC转换器，可实现78%的高效率和2W的峰值输出功率

• 低EMI，内置防浪涌电流的软启动功能

以上是世强代理的产品在30kW充电桩中的应用方案，通过对相应单元产品的器件优选，可以帮助工程师迅速选择最优的元器件，缩短研发周期，提高产品的核心竞争力。具体方案可参阅http://www.sekorm.com/doc/55672.html

Vincotech 功率模块10-FY074PA100SM-L583F08数据手册详情>>>

Renesas PS9031 IGBT驱动光耦数据手册详情>>>

Renesas PS9402 IGBT驱动光耦数据手册详情>>>