充電時(shí)間是消費(fèi)者和企業(yè)評(píng)估購(gòu)買電動(dòng)汽車的一個(gè)主要考慮因素，為了縮短充電時(shí)間，業(yè)界正在轉(zhuǎn)向直流快速充電樁(DCFC)和超快速充電樁。超快速DCFC和超快速充電樁繞過了電動(dòng)汽?的車載充電機(jī)(OBC)，直接向電池提供更?的功率，并根據(jù)電池容量以200A-500A的額定電流進(jìn)?充電，以更高功率充電來實(shí)現(xiàn)大幅減少充電時(shí)間的目標(biāo)。

為了實(shí)現(xiàn)更快的充電，以適配更高的電動(dòng)汽車電池電壓并提高整體功率效率，DCFC必須在更高的電壓和功率水平下運(yùn)行，這給OEM制造商帶來的挑戰(zhàn)是必須設(shè)計(jì)一種能在不影響可靠性或安全性的情況下優(yōu)化效率的架構(gòu)。由于DCFC和超快充電樁集成了各種元器件，包括輔助電源、傳感、電源管理、連接和通信器件，同時(shí)需要采?靈活的制造?法以滿?各種電動(dòng)汽?不斷變化的充電需求，這給DCFC和超快速充電樁設(shè)計(jì)帶來更多的復(fù)雜性。

之前我們介紹過設(shè)計(jì)直流超快充電樁方案必知的幾種常見拓?fù)?/strong>，今天將繼續(xù)為大家?guī)?strong>交錯(cuò)式DAB變換器、雙有源橋諧振變換器、三電平 DNPC LLC 諧振變換器以及串聯(lián)半橋 (SHB) LLC 諧振變換器等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的詳細(xì)解析。

交錯(cuò)式DAB變換器

交錯(cuò)式DAB變換器將損耗分配到兩個(gè)變壓器并允許使?成本優(yōu)化的安森美(onsemi) EliteSiC全橋功率集成模塊。我們可以使?EliteSiC F2全橋功率集成模塊（如NXH008T120M3F2PTHG）來開發(fā)60kW DAB變換器，并使?Elite Power 仿真工具來計(jì)算所有橋的功率損耗。為了實(shí)現(xiàn)360kW直流快速充電系統(tǒng)，我們可以并聯(lián)6路60kW充電系統(tǒng)模塊。安森美建議在60kW隔離組件塊的初級(jí)和次級(jí)上實(shí)施F2全橋模塊。

圖7. 交錯(cuò)式雙有源橋變換器

雙有源橋諧振變換器

對(duì)于雙向功率流，雙有源橋(DAB)諧振變換器是DAB變換器的替代解決?案。DAB變換器中添加一個(gè)額外的諧振電路來實(shí)現(xiàn)DAB諧振變換器。這些設(shè)計(jì)中主要使?LC（串聯(lián)諧振）、LLC 和 CLLC諧振電路。由于電路的對(duì)稱性，CLLC DAB變換器在兩個(gè)功率流?向上提供相同的電壓增益特性。CLLC變換器在變壓器兩側(cè)使?兩個(gè)諧振電容，與LLC變換器相?，可以減少電容上的應(yīng)力。DAB CLLC諧振變換器如圖8所?。

圖8. 雙有源橋 CLLC 諧振變換器

同DAB變換器相?，因?yàn)榉謩e具有較小的諧振電感和較?的漏感，DAB諧振CLLC變換器中循環(huán)的?功功率較小。然?，DAB諧振變換器（LLC或CLLC）在輕負(fù)載條件下會(huì)出現(xiàn)ZVS問題，在寬輸出電壓范圍和負(fù)載條件下會(huì)出現(xiàn)效率下降。為了實(shí)現(xiàn)初級(jí)和次級(jí)橋電路的輸出電壓調(diào)節(jié)和ZVSCS，需要實(shí)施混合調(diào)制?案。變頻運(yùn)?、移相控制、PWM占空?控制和延遲關(guān)斷控制是常?的控制?法。根據(jù)電池充電器的輸出電壓和負(fù)載范圍，可以組合兩種或三種?法進(jìn)?混合控制。由于所有電源開關(guān)均采?軟開關(guān)，DAB諧振變換器可提供最佳的EMI性能。

建議將EliteSiC功率集成模塊（半橋或全橋）?于?功率DAB CLLC諧振變換器應(yīng)?。建議將 NXH003P120M3F2 EliteSiC半橋功率集成模塊?于DAB諧振CLLC變換器，以提供25kW?120kW的功率。對(duì)于120kW設(shè)計(jì)，可以使用三相交錯(cuò)雙有源半橋諧振變換器在三個(gè)變換器之間分配功率損耗。在初級(jí)和次級(jí)均具有集成諧振電感的變壓器將提?DAB諧振變換器的密度和效率。交錯(cuò)式三相雙有源半橋諧振變換器如圖9所?。

圖9. 交錯(cuò)式三相雙有源半橋CLLC諧振變換器

三電平DNPC LLC諧振變換器

三電平DNPC LLC諧振變換器由三電平半橋電路、鉗位?極管、諧振 LLC 電路和次級(jí)全橋電路組成，如圖10所?

DNPC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被視為諧振LLC電路初級(jí)側(cè)的主要拓?fù)洌驗(yàn)樗c上?所?的整流PFC前端和兩級(jí)全橋的相腳具有相同的結(jié)構(gòu)。DNPC諧振LLC電路的工作原理可以?諧振頻率來解釋。這同樣適?于?于或低于諧振頻率。開關(guān)S2和S3以50%的占空?運(yùn)?，并有死區(qū)時(shí)間。外部開關(guān)S1與S2同時(shí)導(dǎo)通，但較早關(guān)閉以提供另一個(gè)死區(qū)時(shí)間。相對(duì)于S3，此模式適?于S4。因此，S1和S4以略低于50%的占空比工作，以適應(yīng)此死區(qū)時(shí)間。

DNPC LLC電路具有復(fù)雜的換相過程，涉及多個(gè)器件。ZVS切換條件將分兩步實(shí)現(xiàn)，第一步將輸出電容從初始電壓放電?一半電壓。然后下一步放電?0V以實(shí)現(xiàn)零電壓開啟。由于ZVS的復(fù)雜性，S3和S4的開啟情況不同。與兩電平LLC拓?fù)漕愃?，需要變頻控制來調(diào)節(jié)輸出電壓?？梢蕴砑酉嘁瓶刂苹騊WM占空?控制來實(shí)施混合調(diào)制控制，以在所有負(fù)載條件下保持ZVS狀態(tài)。

圖10. 3電平DNPC LLC諧振變換器

串聯(lián)半橋 (SHB) LLC諧振變換器

串聯(lián)半橋(SHB)LLC 諧振拓?fù)?/strong>是多電平拓?fù)涞牧硪环N變體，可?作 LLC 電路的初級(jí)拓?fù)?，以承?輸?電壓。圖11所?的SHB LLC電路具有與DNPC諧振LLC拓?fù)湎嗤闹C振回路和次級(jí)全橋電路。