世平安森美之OBC车载充电器拓扑介绍

• 输入端三相交流和单相交流并存、400V~800V直流输出的设计将继续存在。
• 双向设计将变得更加普遍，实现车辆到电网的输出。
• 由于更严格的汽车二氧化碳排放标准，以及与电动汽车(EVs)相关的企业、政府和公众意见的变化，车载充电器将会有巨大的增长(到2024年，复合年增长率估6%)。

OBC主电路传统拓扑为PFC+DC-DC

• PFC的英文全称为“Power Factor Correction”，意思是“功率因数校正”，功率因数指有效功率除以总耗电量（视在功率）的比值。
• 功率因数值越大，代表其电力利用率越高。
• 将输入电流与输入电压相位对齐。
• 确保输入电流波形为正弦波形。
• 最小化交流电源上的总谐波失真(THD)。
• 减少从交流电源抽取的峰值电流。
• 由于功率水平、空间限制和功率因数(PF)目标，车载充电器不使用无源PFC。

有源PFC非线性负载波形

传统PFC拓扑及特点

• 成熟的设计。
• 简单有效。
• 输入交流整流二极管电桥是造成损耗的最大因素。
• 通常可以设计在<=3.3 KW.

传统交错PFC拓扑及特点

• 成熟的设计。
• 简单而有效。
• 输入交流整流二极管电桥是造成损耗的最大因素。
• 交错通过双电感减少电流纹波，提高性能。
• 2相交错是最常见的，3相交错成本与收益意味着不是典型。
• 通常设计在<=6.6kW。

无桥PFC拓扑及特点

• 对传统升压的改进，消除了输入整流二极管桥（及其相关损耗）
• 通常发现在设计<=7.2 kW

图腾柱PFC拓扑及特点

• 图腾柱拓扑在功率路径中没有二极管，因此提高了热性能和效率。
• 控制更为复杂
• “低速腿” 是Q1和Q2
• “高速腿” 是Q3和Q4
• 带有碳化硅二极管或碳化硅MOSFETs的igbt是最好的解决方案。
• 该拓扑结构中的Si SJ MOSFETs存在问题，因为内部本体二极管(CCM)的反向恢复损失，使得在连续传导模式(CCM)下操作不可行。
• 可以在不连续导模(DCM)或边界导模(BCM)中使用Si SJ MOSFETs，但在OBC所需的功率水平下，这是不可行的。
• 通常发现在设计中的<=7.2 kW

三相PFC-维也纳拓扑及特点

• 三相交流输入OBC设计的一个常见的解决方案。
• Vienna整流器是三相三电平的PWM整流器。可以视为是三相的二极管电桥，配合整合式的升压转换器。
• 从电网到车辆的单向电流。
• 可用于设计高达22 kW。

三相PFC-图腾柱拓扑及特点

• 对于三相交流输入OBC设计。
• 双向能力，允许电力从电网流到车辆或车辆流到电网。
• 最常见的交流输入是3线。
• 一个不太可能的情况是3线电压线和一根中性线。
• 在这种情况下，您将看到一个低速开关）。
• 可用于设计高达22 kW。

DC-DC拓扑（原边移相全桥/半桥、同步整流）

• LLC、CLLC、移相全桥(PSFB)还是双主动桥(DAB)控制，主侧DCDC上4个控制开关。
• 由于功率水平，不太可能在主侧DCDC上看到半桥。
• 需要适当的模拟控制集成电路或通过单片机进行数字控制。
• 允许在单向或双向设计中灵活地使用。

• 电网对车辆的单向充电。
• 不需要对二次无源整流组件进行电子控制。
• 600V Si或650V 碳化硅二极管可用于400V DC电池系统。
• 1200V碳化硅二极管可用于800V DC电池系统。

• 电网对车辆充电或车辆对电网供电的双向性。
• 需要对二次有源整流组件进行控制。
• 650V Si或650V 碳化硅 MOSFETs可用于400V DC电池系统。
• 1200V碳化硅MOSFETs可用于800V DC电池系统。
• 虽然不是典型的，650V混合动力或标准IGBT 可能用于一些较低的成本/较低的电力系统。