【成功案例】基于MOSFET驱动器,SGM48000XTDE8G/TR的太阳能汽车充电控制器设计方案
近年来光伏产业发展迅速，光伏并网发电、光伏离网发电呈现出强劲势头。随着光伏产业的发展，太阳能电池板的价格也趋于大众化，对于新能源的应用也更加多样化。新能源汽车发展也是如火如荼，对新能源汽车的充电有支流充电桩、交流充电桩、低端充电机等多种方式。利用太阳能电池板通过专有的充电控制器给新能源汽车充电是一种新思路，本文介绍一种利用太阳能电池板给汽车电池充电的方案。
设计方案分析：
新能源汽车电池有胶体电池有高能锂电，电压大约在48V到75V之间，给汽车动力电池充电，充电器的输出电压范围大致可以设定为48V~75V；太阳能电池板目前市场上多数为36片或者72片串联的多晶硅太阳能板，生产工艺相对简单，其价格也相对较低，使用寿命长，其输出电压在直流44V以下。所以设计的太阳能充电控制器本质上是升压DC-DC转化器。普通市电汽车电池充电器，需要经过AC-DC，或者AC-DC-DC之后再给汽车电池充电，而太阳能汽车电池充电器只需要DC-DC转换，其电路方案实现简单，可靠性强。
电源规格：
输入范围：电压+12V~+44V，功率：0~350W。
输出范围：电压+48V~+75V，功率：最大350W。
效率：94%。
具体实现：
笔者之前一种是用集成高低侧驱动，器件是LM5109，整个外围电路就比较复杂，实现高低测MOS同步整流；另一种是分离元器件三极管搭建的驱动电路，分立器件，数量多，电路设计复杂，现如今采用的圣邦微的驱动方案，从MCU发出的PFM信号可直接接入SGM48000XTDE8G/TR的输入端，不需要自己设计复杂电路，节省元器件，同时也可缩小PCB面积。
根据厂家推荐SGMICRO有一款MOS驱动芯片SGM48000XTDE8G/TR，能够提供最大2A的峰值电流，并且工作温度范围可达-40℃~+125℃，采用TDFN-2×2-8L的封装，热阻为118℃/W。本方案选用SGM48000XTDE8G/TR主要基于SGM48000XTDE8G/TR以下考虑：首先，其驱动方案较为简易，设计难度低，开发时间短。从MCU发出的PFM信号可直接接入SGM48000XTDE8G/TR的输入端；其次是，SGM48000XTDE8G/TR采用TDFN-2×2-8L的封装，极大节省了PCB布局空间；最后是价格相对较低，可以降低设计成本。
电路原理图：
图1 太阳能汽车充电器BOOST结构图
图中输入端为PV+和PV-，输出端为BATTER+和BATTER-。输入太阳能电池板为直流源，工作电压范围为+12V~+44V，输出电压为+48V~+75V。基本电路结构为BOOST电路，利用MCU的PWM寄存器产生PFM信号，直接接入SGM48000XTDE8G/TR的输入端，在输出端又增加了小功率推挽输出，这样又增强了对MOS的驱动能力。电感与电容要选取合适值，以适应输出功率和纹波的要求。
测试结果分析：
1、SGM48000XTDE8G/TR输出与输入延时，此数据要了解，以便在软件编写时防止输出PWM波形占空比过大和死区时间过短。
图2 SGM48000XTDE8G/TR输入与输出延时
图中绿色为输入信号，信号从单片机直接输出，黄色为输出到MOS管栅极信号，输出延时只有24ns，这个输出延时时间非常低。驱动输出延时会影响MOS管的开关，如果延时时间过长，MOS管开关不理想回影响效率，特别是在高频开关电源中。因为本设计在SGM48000XTDE8G/TR输出端又加了推挽电路，这样可以尽可能提高驱动能力。
2、驱动MOS打开时间（MOS驱动能力）
图3 开关时MOS栅极电压
图中可以看到，MOS栅极打开时时间只有41ns。由于MOS管GS间存在极间电容，极间电阻，参杂电容，掺杂电阻等，在高频开关过程中，如果驱动能力不够，MOS很可能不呢个完全打开，这样不仅使得开关损耗极为增大，并且由于MOS不完全打开，导通损耗也会增大，这样发热会增加，整个DC-DC效率会很低。通过SGM48000XTDE8G/TR加推挽的方式，在做到减少成本优化方案的同时，提高产品的效率和稳定性。
3、样机实际输出效率
图4 输出160W效率测试
如图4所示，其中输入电压19.53V，输入电流8.6A，输出电压49.8V，输出电流3.198A，输出功率为159.2W，输出效率94%。
图5 输出310W效率测试
如图5所示，其中输入电压26.37V，输入电流12.55A，输出电压57.32V，输出电流5.42A，输出功率为312W，输出效率94%。符合设计要求。
总结：SGMICRO的MOSFET驱动器SGM48000XTDE8G/TR在DC-DC设计中具有很好的优势，尤其是其TDFN-2×2-8L的封装，可以很大程度上节省空间，方便设计。其优秀的价格在压缩硬件成本还要求保证产品质量的情况下，给工程师有了可靠的选择。
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wch7475 Lv8. 研究员 2019-05-15学习 -
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用户83734992 Lv6. 高级专家 2019-03-21学习好好 -
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用户83734992 Lv6. 高级专家 2019-02-07学习学习 -
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用户16710367 Lv3. 高级工程师 2018-12-22学习 -
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小雨 Lv5. 技术专家 2018-12-21好经验，多分享 -
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龙言无忌 Lv7. 资深专家 2018-12-17了解一下 -
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周鑫 Lv8. 研究员 2018-12-08好好学习 -
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胖哥 Lv8. 研究员 2018-12-07圣邦好东西越来越多了 -
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太皇太后有喜啦 Lv4. 资深工程师 2018-11-29学习了 -
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用户86910647 Lv5. 技术专家 2018-11-28不错
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