3300W汽车车载充电机原理及设计.docxVIP

3300W汽车车载充电电机On board charger高效电源应用方案 高达97%以上的效率 超小体积 无风扇设计 无散热片设计充电机部分：高达99%效率（PFC)?输入电压: 85 to 265 VAC?频率: 45 to 70 Hz输入?输入电流: 20 ARMS max ?PFC: ≥ 0.99?输出电压 170 to 500 VDC?输出功率: 3.3kW max输出?输出电流: 12 ADC max?效率: 96%高效率，要求我们PFC部分及DC/DC部分均达98%以上效 率方可，这里介绍采用氮化镓的无桥PFC（效率高达99%） 及采用氮化镓的全桥DC/DC，效率亦达99%。方可使整机方案 0.99*0.99=98%效率车载DC/DC部分输入?输入电压: 200-500 Vdc?输入电流: 15 ARMS max?输出电压: 12V—24VDC输出?输出功率: 2.0kW max?输出电流: 12 ADC max?效率: 97%整个电源将分二部分组成，如下图此部分是采用氮化镓MOS的 无桥PFC电路，没有整流桥 设计，从而大大提高效率99%以上DC/DC部分采用的是氮化镓MOS实现99%的效率（48V以上输出）PFC电路升级传统单级PFC，有整流桥适合中小功率含有整流桥，当大功率输出时，桥上损 耗较大。MOSFET及二极管损耗较大单电感。交错式PFC，有整流桥大功率常会选此电路含有整流桥，当大功率输出时，桥上损 耗较大。MOSFET及二极管损耗较大需要二个电感，二个SIC二极管体积较大Coolmos无桥PFC，没有整流桥目前主流的无桥PFC无整流桥，通过DSP/MCU控制S1,S2实现无桥PFC。节省了整流桥上的损耗，效率大大提高。但需需二 个电感，二个SIC二极管，二个MOSFET。体积相对交错PFC，一样较大氮化镓MOS无桥PFC，无整流桥，采用SIC二极管氮化镓MOS无桥PFC，无整流桥，采用同 步整流采用氮化镓MOS的无桥PFC采用同步整流的氮化镓无桥PFC只要一个电感，二个MOSFET，二个硅二极管S1,S2是工频开关，50HZ， Q1,Q2采用高频50K—500K开关实现无桥PFC.实现99.0%的效率，PF9999.4%效率。PF99相对Coolmos方案。效率提高，成本下降，体积减少1/3高效率，线路简单，低成本。取样电阻PFC电感，仅EMI滤波部分一个工频50HZ，采用硅管进行同步整流采用氮化镓MOS同步整流。工作在50KHZ— 500KHZ,~ 达 1MHZ氮化镓MOS/HEMT的无桥PFC原理图采用的是DSP控制，工作频率在100KHZ2400W，仅需一个很小的散热片一个很小的PFC电感线路简单。 效率高达近99%EMI实测报告采用QFN封装的氮化镓做成的模块化产品正面图背面图1000W及2200W的无桥PFC（电感大小不同）效率高达99。5%DC/DC,基于氮化镓的LLC电路（效率1%‐3%提高等同频率，等同Rds(on)GaNCool-MosLow residue charge for GaN allows for a fast reset time a much reduced recirculation energyGaN vs CoolMosfet效率差别500K LLC10%负载50%负载100%负载3.50%1.80%1.0%Courtesy: Work done by Virginia Tech.小功率DC/DC产品整个LLC设计无散热片处理效率高达98.8%1500W DC/DC模块/采用氮化镓 MOS设计高超高功率密度99%效率，很好用于汽车上的DC/DC电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)作为解决当今世界环境污染和能源危机两大问题 的方法之一越来越受到重视。动力电池和低压蓄电池是电动汽车的两个核心部件,动 力电池为电动机提供能量并存储再生制动时的能量,低压蓄电池为车载仪表、控制及 照明系统提供能量,车载辅助电源DC-DC变换器作为两组电池之间的桥梁,要求其具有 高效率、高功率密度、高可靠性等特点。适用于车载辅助电源DC/DC变换器的拓扑 有多种,其中全桥ZVS软开关变换器以其高效率、结构、控制简单等优点而倍受青睐, 成为研究热点。本文以提高车载辅助电源的效率和功率密度为目标,着重针对单级全 桥ZVS变换器和两级变换器中前级峰值控制交错并联Boost变换器进行了研究。 论文 首先介绍了车载电源拓扑发展及现状,针对1500W,输出12V,125A的应用场合,选取单 模块750W全桥ZVS变换器、两模块并联的方案进行研究,在总结前人研究的基础上, 进行变换器主电路参数的设计以及功率器件的选取,建立了变换器小信号模型,并详细 给出了补偿网络的设计方法。文中还对实验调试