EV/HEV - 純干貨 | 車載充電器的TDK的愛普科斯選型參考

高度緊湊型車載充電器（OBC）模型。必須同時提供高效率和高功率密度——這是將OBC整合到電動汽車中的兩個重要因素。隨著用于進(jìn)行穩(wěn)定性試驗，符合AEC-Q200標(biāo)準(zhǔn)的扼流圈和變壓器在特定應(yīng)用中的發(fā)展，使充電器系統(tǒng)在設(shè)計上能夠更加節(jié)省空間。

受到良好保護(hù)的功率輸入

愛普科斯B722*型壓敏電阻可以保護(hù)轉(zhuǎn)換器的功率輸入，防止電壓過高。一種特殊的涂層大大提高了電動汽車使用的壓敏電阻的機(jī)械穩(wěn)定性。B59412/B59451/B59750 ICL PTC可用于限制高沖擊電流。這兩種元件均符合AEC-Q200標(biāo)準(zhǔn)。為了確保電磁兼容性（EMC）并實現(xiàn)電磁干擾（EMI）的過濾，很多OBC的開發(fā)人員選擇了愛普科斯的標(biāo)準(zhǔn)扼流圈，這種扼流圈也用于工業(yè)供電領(lǐng)域。另外選擇了X2電容器的B32922_H/J heavy-duty系列，擁有高可靠性和超長的使用壽命,并符合車規(guī)級。

B43258和超緊湊型B43643型鋁電解電容可以穩(wěn)定直流鏈路。在450 V DC的額定電壓下，它們單個電容器可以提供的82 μF - 820 μF的電容量。TDK Mega Caps以并聯(lián)方式與之相連，可以減少等效串聯(lián)電阻（ESR）。這是讓直流鏈路同時保持高緊湊性和高功率密度的唯一方法。

特殊PFC概念提高效率

在發(fā)展過程中，人們十分關(guān)注是否能達(dá)到最高充電效率。為了使從線路中獲得的電力達(dá)到最高，充電器中必須包含主動的功率因素矯正（PFC）。它可以將來自電線的交流電壓進(jìn)行整流，并同步生成提供充電電路的400 V DC內(nèi)部直流鏈路。基于升壓轉(zhuǎn)換器原理的PFC電路顯示了最先進(jìn)的技術(shù)水平，并得以廣泛傳播。

在400 V DC直流鏈路中進(jìn)行電源電壓轉(zhuǎn)換時的損耗源為：

• EMI濾波器（銅損）

•  橋整流器

• PFC扼流圈

• 電源開關(guān)（MOSFET）

• PFC二極管

• 元件產(chǎn)生的其它損耗，如直流鏈路中的鋁電解電容器和分流器等

取決于設(shè)計和優(yōu)化水平不同，傳統(tǒng)解決方案在輸入電壓為230 V AC時可提供96%至97%的效率。也就是說，當(dāng)輸入功率為3.65 kW時，將有110至146 W被轉(zhuǎn)換為熱損耗，無法在直流鏈路中使用。

圖1：交錯進(jìn)程中的PFC階段

兩個PFC分支與相應(yīng)的愛普科斯PFC扼流圈進(jìn)行并聯(lián)，可以分離過高的波紋電流負(fù)載。這樣可以提高效率并改善電磁兼容性。

該拓?fù)涫褂靡圆⒙?lián)方式連接到接口輸出的兩個PFC階段進(jìn)行工作，因此已經(jīng)減少50%的不利影響，只需要一個PFC扼流圈便可以承載整個負(fù)載以及波紋電流。盡管交替程序需要使用兩個扼流圈，但每一個都能根據(jù)一半電流（8 ARMS或22 APK）設(shè)計尺寸，使其大大簡單化。愛普科斯新開發(fā)的電子移動平臺系列PFC扼流圈的高緊湊型設(shè)計便可以用于此目的（見圖2）。

圖2：來自新電動化平臺的愛普科斯PFC扼流圈

 愛普科斯扼流圈盡管造型緊湊，仍可提供高達(dá)22 A的額定峰值電流。

體積小，使用特殊核心材料，并使用RF絞線繞組降低損耗，使愛普科斯PFC扼流圈成為本應(yīng)用的最佳選擇。圖3顯示了所有重疊扼流圈電流的原理。

圖3：重疊扼流圈電流

重疊扼流圈電流從輸電線路生成一個大致的正弦曲線電流輸入。

230 V輸電線路的測量數(shù)據(jù)顯示，在40%至85%的額定負(fù)載（1.3至2.8 kW）下，PFC階段的效率會超過98%，且在滿負(fù)載（3.3 kW）狀態(tài)下也可以達(dá)到97.5%的效率。然而，與傳統(tǒng)PFC階段相比，僅在OBC的第一個階段便可以節(jié)省35至70 W的電力損耗。

高效DC/DC轉(zhuǎn)換器

擁有標(biāo)準(zhǔn)和穩(wěn)定的400 V DC中間電路電壓，DC/DC轉(zhuǎn)換器必須給電池提供與輸電線路之間存在可靠電氣分離的充電電壓。根據(jù)電池的設(shè)計和充電狀態(tài)的不同，OBC的輸出電壓范圍一般設(shè)置在200至420 V DC。充電電流和最終充電電壓必須都可以通過設(shè)備的通信端口（CAN母線）編程和控制。

為了將OBC的總損耗降到最低，DC/DC轉(zhuǎn)換器的效率必須達(dá)到最高。然而，由于在開關(guān)階段需要穩(wěn)定的電氣分離，因此轉(zhuǎn)換器在開關(guān)階段的效率不可能與PFC階段同樣高。按照目前該技術(shù)的發(fā)展水平，效率最高的轉(zhuǎn)換器是帶有共振電橋拓?fù)涞慕^緣DC/DC轉(zhuǎn)換器。出于該目的，既可以使用階段改變轉(zhuǎn)換器，也可以使用LLC電路。無論使用哪種方法，晶體管在外流源電壓為零時始終保持連接狀態(tài)，因此半導(dǎo)體中的損耗會非常低。

LLC轉(zhuǎn)換器（見圖4）的好處在于，這種完全共振拓?fù)淇梢栽试S足夠的能量儲存在負(fù)載電路中，以確保電橋節(jié)點的自發(fā)開關(guān)。

圖4：全橋LLC轉(zhuǎn)換器

在全橋轉(zhuǎn)換器中使用電子移動平臺的愛普科斯電感器。它同時適用于共振電感器（LR）和變壓器（TF）。

愛普科斯電子移動平臺系列的傳感器也在全橋LLC轉(zhuǎn)換器中使用。最大輸出電壓為420 V DC，即與400V DC輸入電壓的范圍相同。LLC轉(zhuǎn)換器的傳輸功能允許電壓升高和降低。可以選擇在變壓器中以1：1的傳輸比來操作，這樣便可以將損耗降至最低。初級端的變壓器使用全橋操作，電壓為±400 V，當(dāng)在次級端完成電橋整流后，該變壓器將重新轉(zhuǎn)換為400 V DC。

除負(fù)載電流外，共振電流的另一個主要部分也必須在LLC過程中變壓，這樣，不僅在半導(dǎo)體元件中，在銅質(zhì)元件（如電路板、共振傳感器、變壓器等）中同樣會導(dǎo)致額外的電力損失。如果全橋電路使變壓器初級端的電壓達(dá)到半橋的兩倍，電流將會減小兩倍。增加的傳輸比使銅的電阻（線形）升高，同時半導(dǎo)體部分RDS(on) 會加倍。由于線路損耗是電流（PD=I2R）的二次函數(shù)，因此可以避免不必要的電力損耗。

全橋LLC概念在額定工作狀態(tài)下（1.2至3.3 kW）允許效率始終超過97%，無論與輸電線路之間是否存在可靠的分離。同時，準(zhǔn)共振全橋原理還會提高EMC的性能。

表：典型車載充電器中的愛普科斯元件