【導讀】快速直流充電市場正在蓬勃發展。伴隨著電動車（EV）采用的加速，對快速充電基礎設施的需求也在增加。預測未來五年的年複合增長率 (CAGR) 為20%至30%。如果您是在電力電子領域工作的一名應用
、產品或設計工程師，遲早會參與到這新的充電係統的設計中。

zhelikenenghuichuxianyigejibenwenti，tebieshiruguoninshidiyicimianlinzheyangdetiaozhan。woyinggairuhekaishi，congnalikaishi？guanjiandeshejikaolvyinsushishenme，woyinggairuhejiejuetamen？

安森美(onsemi)的EMEA係統工程團隊正準備幫助設計人員解決這樣的挑戰，我們將演示設計和開發基於SiC功率集成模塊（PIM）的25千瓦快速直流充電樁。

開發這種類型的大功率電池充電器需要多樣化的技能。位於斯洛伐克Piestany的安森美電源係統科團隊，領導該設計的項目協調，並承擔所有與硬件開發有關的活動。電源係統應用經理Karol Rendek和高級電源係統應用工程師Stefan Kosterec擔此重任。他們兩人都是經驗豐富的電力電子設計工程師，精通高功率轉換應用。

位於慕尼黑的電機和電源轉換控製團隊進行固件和軟件開發，該團隊由Daniel Pruna任主管，Dionisis Voglitsis和Rachit Kumar任應用工程師。該團隊在電源轉換器和電機驅動的控製和算法開發方麵擁有多年的經驗。

在這係列文章中，我們將談談直流充電器的開發過程，在每一部分探討不同的主題。我們將聚焦所麵臨的關鍵挑戰、權衡和妥協
，並展示如何從頭設計

、構建和驗證這樣的係統。我們知道設計之路並非一帆風順，向前邁進的最佳方式是快速啟動、運行和迭代。在第一部分中，我們將描述快速電動車充電器的結構，並定義其關鍵電氣規格。

快速直流充電器 – 我們在構建什麼？

在電動車生態係統中
，直流充電樁提供 "快速 "和 "超快 "充(chong)電(dian)能(neng)力(li)
，與(yu)較(jiao)慢(man)的(de)交(jiao)流(liu)充(chong)電(dian)器(qi)形(xing)成(cheng)對(dui)比(bi)。從(cong)本(ben)質(zhi)上(shang)講(jiang)，電(dian)動(dong)車(che)充(chong)電(dian)器(qi)將(jiang)來(lai)自(zi)電(dian)網(wang)的(de)交(jiao)流(liu)電(dian)轉(zhuan)換(huan)為(wei)適(shi)合(he)輸(shu)送(song)到(dao)電(dian)動(dong)車(che)電(dian)池(chi)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)。直(zhi)流(liu)充(chong)電(dian)的(de)電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)是(shi)在(zai)電(dian)動(dong)車(che)外(wai)（"車外"）進行的，然後輸送到車輛
，功率等級從低於50千瓦到大於350千瓦（甚至更高的等級也在開發中）。

更高功率的直流充電樁通常以模塊化的方式構建，15至75千瓦（及以上）的功率塊堆疊在一個櫃子裏（圖1）。一般來說，直流充電樁的輸出電壓從150 V到1000 V，涵蓋常見的400 V和800 V電動車電池電壓。充電樁可針對較高或較低的電壓端進行優化。

這種電源模塊的結構如下：前端一個帶有功率因數校正（PFC）的AC-DC升壓轉換器，然後是一個DC-DC級，提供在電網和負載（電動車的電池）之間的隔離，並調節輸出端電壓和電流（還是圖1）。該係統也可能是雙向的（特別是在低功率時），因此拓撲結構和設計應考慮到這一點。

圖1. 快速直流充電樁電源模塊概覽

安森美的團隊正在開發一種具有雙向能力的25千瓦直流充電器。該係統應涵蓋廣泛的輸出電壓範圍，能夠為400 V和800 V電池的電動車充電
，經優化還可用於更高的電壓等級。輸入電壓的額定值為歐盟400伏和美國480伏的三相電網。功率級應在500 V至1000 V電壓範圍內提供25千瓦。低於500 V時，輸出電流將被限製在50 A，降低功率，與直流充電標準如聯合充電係統(Combined Charging System ，簡稱CCS) 或CHAdeMO（圖2）的電流曲線相一致。

圖2. 25 kW 直流充電樁功率級功率和電流曲線。

低於500 V時電流限值在50 A

關於通信端口，該板將為外部接口（電源塊、充電器係統控製器
、車輛、服務和維護之間）提供隔離的CAN、USB和UART基礎架構。總的來說
，設計將遵循IEC-61851-1和IEC-61851-23標準中關於電動車充電的準則。下表概述了係統要求。

表：25 kW快速直流充電樁要求

開發流程

我(wo)們(men)的(de)團(tuan)隊(dui)遵(zun)循(xun)電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)硬(ying)件(jian)開(kai)發(fa)流(liu)程(cheng)的(de)邏(luo)輯(ji)。這(zhe)項(xiang)工(gong)作(zuo)從(cong)定(ding)義(yi)實(shi)際(ji)的(de)直(zhi)流(liu)充(chong)電(dian)樁(zhuang)功(gong)率(lv)級(ji)開(kai)始(shi)。這(zhe)是(shi)基(ji)於(yu)應(ying)用(yong)的(de)要(yao)求(qiu)，我(wo)們(men)的(de)案(an)例(li)總(zong)結(jie)在(zai)表(biao)格(ge)中(zhong)。這(zhe)些(xie)符(fu)合(he)市(shi)場(chang)的(de)需(xu)求(qiu)，並(bing)遵(zun)循(xun)IEC-68515準則。這些要求有助於團隊了解他們需要努力的目標。

第一個可行性研究有助於驗證最初的要求和假設。這些將被整合為係統設計的一部分
，包括（在本項目的範圍內）硬件、軟件、熱管理和機械設計
、原型和驗證。所有基本的係統變量和解決方案的大多數臨界妥協和權衡都發生在可行性研究期間。

zhexierenwuhezishejishitongguoduocidiedaijinxingde
，qizhongyigebufendeshuchuhejiashebeifankuidaolingyigebufen。qizhonglianggezhuyaodeshejihuodongtigonglezhongyaodechanchu，yituijingongzuo：

●     用SPICE模型進行電源仿真

●     使用MATLAB和Simulink進行控製仿真

電源仿真對於確認工作電壓和電流、損耗、冷(leng)卻(que)要(yao)求(qiu)以(yi)及(ji)功(gong)率(lv)和(he)無(wu)源(yuan)元(yuan)件(jian)的(de)選(xuan)擇(ze)等(deng)方(fang)麵(mian)的(de)假(jia)設(she)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。一(yi)旦(dan)實(shi)施(shi)計(ji)劃(hua)準(zhun)備(bei)就(jiu)緒(xu)
，就(jiu)要(yao)進(jin)行(xing)包(bao)括(kuo)功(gong)率(lv)參(can)數(shu)在(zai)內(nei)的(de)控(kong)製(zhi)仿(fang)真(zhen)，以(yi)確(que)認(ren)采(cai)用(yong)該(gai)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)可(ke)以(yi)有(you)效(xiao)地(di)執(zhi)行(xing)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)。

在通過電源和控製仿真證實設計後

，就獲批繪製原理圖、布局PCB和製造原型。一旦有了電路板，硬件啟動，就可進行功能測試和係統評定。

這是我們將在本係列中講解的設計過程的簡化摘要。從頭開始開發一個25千瓦的電動車直流充電樁需要的不僅僅是這些
，當我們解決在這過程中遇到的挑戰和問題時
，將會獲得最有價值的收獲。

將探討什麼

？

在本係列文章的後續部分，我們將進一步專注於一些設計和驗證階段。將解決以下主題：

●     解決方案概述

●     三相PFC整流級 

●     雙有源全橋DC-DC級

●     控製算法
、調製方案和反饋

●     用於SiC電源模塊的門極驅動係統

●     用於800 V總線的輔助電源單元

●     熱管理

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