3300W汽车车载充电机原理及设计

•输出电压170 to 500 V DC •输出功率: 3.3kW max

•输出电流: 12 A DC max •效率: > 96%输出

•输入电压: 85 to 265 V AC •频率: 45 to 70 Hz

•输入电流: 20 A RMS max •PFC:≥0.99

输入•输出电压: 12V—24V DC •输出功率: 2.0kW max

•输出电流: 12 A DC max •效率: > 97%

输出•输入电压: 200-500 Vdc

•输入电流: 15 A RMS max

输入充电机部分：高达99%效率（PFC)

车载DC/DC 部分

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

DC/DC部分采用的是氮化镓MOS 此部分是采用氮化镓MOS的

PFC电路升级

传统单级PFC，有整流桥

交错式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。

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

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

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

采用氮化镓MOS的无桥PFC

只要一个电感，二个MOSFET，二个硅二极管

实现99.0%的效率，PF>99

相对Coolmos方案。效率提高，成本下降，体积减少1/3采用同步整流的氮化镓无桥PFC

S1,S2是工频开关，50HZ，Q1,Q2采用高频50K—500K 开关实现无桥PFC.

99.4%效率。PF>99

高效率，线路简单，低成本。

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

EMI 滤波部分PFC 电感，仅

一个取样电阻

氮化镓MOS/HEMT 的无桥PFC 原理图

采用的是DSP 控制，工作频率在100KHZ

2400W，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%

Low residue charge for GaN allows for a fast reset time & a much reduced recirculation energy Courtesy: Work done by Virginia Tech.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)GaN Cool-Mos GaN vs CoolMosfet效率差别500K LLC 10%负载50%负载100%负载3.50% 1.80% 1.0%

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。文中还对实验调试过程中的桥臂直通问题进行了探讨。在分析设计的基础上,搭建了一台750W实验样机,对样机效率做出了测试。效率是体积有限、运行工况恶劣的车载辅助电源最重要的性能指标之一,本文建立了全桥ZVS 变换器的损耗模型,通过损耗分析得出主要的损耗来源,然后针对功率器件的选择、主电路参数优化设计、吸收电路损耗的降低等几个方面进行了变换器的效率优化。对两台750W实验样机进行了并联,设计了均流环补偿网络,并进行了均流效果的测试。文章最后搭建了一台1500W交错并联Boost实验样机,变换器采用峰值控制方法,给出了小信号模型,详细给出了补偿网络的设计过程,最后进行了稳态以及动态试验予以模型的验证。