【導讀】在本係列的前幾篇文章中[1-6]，我們介紹了基於安森美(onsemi)的SiC功率模塊和其他功率器件開發的25kW EV快充係統，包括這個可擴展係統的整體架構和規格，以及其中PFC和DC-DC變換部分的硬件設計和控製策略。我們基本已經把電路設計部分講完了，除了輔助電源設計的相關內容。

輔助電源一般由直流母線供電
，用於支持各種控製器、驅動
、通信器件、傳感器等工作電壓。根據車廠對電池的選擇
，額定電壓通常是400 V或800 V。雖然400 V電池仍然占領目前的EV市場，但更高電壓的電池將成為未來的趨勢。

現在
，用800 V電池替換400 V電池，這對係統效率的提高是非常有幫助的。更大的母線電壓意味著PFC電路的電流更小，從而可以使用更低電流規格要求的SiC MOSFET，有助於通過提高功率密度和減少係統尺寸來提高整體效率。

除此之外，800 V電池也有自己的優勢，比如高壓低電流的快充。舉個例子，一般充滿一個60 kWh容量的電池，400 V/150 A的功率下充滿需要1小時
，而800 V/100 A的條件下隻需要45分鍾。降低工作電流能夠減小電感尺寸(更細的線徑)並解決散熱問題
，所以我們說800 V方案是EV充電站的大趨勢。

考慮到這些
，25 kW快充係統設計中的輔助電源是直接連接在800 V母線上的，這種情況下，在係統啟動時
，輔助電源係統將工作在240 V-900 V區間。由於PFC電路是交流400 V輸入
，母線電容通過SiC MOSFET的體二極管進行充電
，所以實際母線電壓會達到約560V。當母線電壓達到240 V時，輔助電源係統就會開始工作。

本篇將介紹25 kW快充係統中的輔助電源設計。它基於安森美(onsemi)針對800 V母線電壓的EV應用所做的一個輔助電源參考設計方案，即SECO-HVDCDC1362-40W-GEVB
，它能提供15 V/40 W的持續輸出供電。類似的方案還有SECO-HVDCDC1362-15W-GEVB，它能提供15 V/15 W的持續輸出。

輔助電源的設計

安森美目前推出過的2套高壓輔助電源方案
，適用於800 V和400 V電池的BEV(純電電動車)和PHEV(插混電動車)，能提供15 W或40 W的輸出功率。盡管這2套(tao)方(fang)是(shi)針(zhen)對(dui)汽(qi)車(che)應(ying)用(yong)的(de)，但(dan)它(ta)們(men)也(ye)能(neng)滿(man)足(zu)具(ju)有(you)類(lei)似(si)高(gao)壓(ya)直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)的(de)應(ying)用(yong)，比(bi)如(ru)直(zhi)流(liu)快(kuai)充(chong)。這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)非(fei)車(che)規(gui)器(qi)件(jian)
，從(cong)而(er)減(jian)少(shao)BOM成本。

SECO-HVDCDC1362-40W-GEVB(40 W輸出)和SECO-HVDCDC1362-15W-GEVB(15 W輸出)是適用於800 V和400 V車載電池的高效高壓輔助電源方案。它們擁有足夠寬的工作電壓範圍240 V-900 V
，可以工作在400 V和800 V係統
，同時穩定提供一個15 V/15 W或15 V/40 W的輸出。圖1可以看到SECO-HVDCDC1362-40W-GEVB在25 kW快充係統裏的位置。

圖1. 25 kW直流快充係統框圖

輔助電源係統基於反激式(Flyback)拓撲，使用一顆原邊反饋(Primary Side Regulated)準諧振(Quasi-Resonant)反激式控製器。原邊反饋控製器的一個最大優點是它不需要光耦，這大大提高了電源的可靠性。

圖2. 輔助電源框圖

方案主要包括QR反激控製器NCP1362、1200 V,160 mΩ,TO247-3L的SiC MOSFET NTHL160N120SC1和SiC二極管FFSPF1065A。NTHL160N120SC1的柵極電容僅有34 nC，有利於減少電壓突變和開關損耗，也有利於提高反激電路和輔助電源的整體效率。

NCP1362用於提供驅動SiC MOSFET的12 V柵極電壓，無需額外的預驅
，簡化了整體電源設計。NCP1362的驅動電壓是0 V-12 V，足以開啟SiC MOSFET
，沒有必要達到MOSFET的最大Vgs值。一顆5 kW,160 V的TVS二極管用於為NTHL160N120SC1提供鉗位保護。不使用驅動器帶來了許多好處，比如：

●    減少器件成本

●    簡化BOM(驅動器和相關被動器件)

●    更少器件和更少寄生效應帶來的更高的穩定性

●    更高效率

●    簡化Layout

直流充電模塊的設計遵循IEC61851-1標準，反激變壓器也符合IEC61558-1標準，其中對1000 V的工作電壓時的耐壓要求是2.75 kVrms，而我們設計中的反激變壓器具有4 kV的耐壓水平，並且為了減少RCD吸收電路的損耗進行了優化。RCD電路有助於限製高壓條件下的過壓、電壓突變振蕩，並且能為SiC MOSFET提供一個100 V的電壓裕度。

圖3顯示了負載功率在10%-100%下的瞬態響應，圖4則體現了500 V DC輸入下負載在100%-10%的瞬態波形。可以看到在電壓轉換時沒有發現任何振蕩
，這體現了其高度穩定性。

圖3. 10%-100%功率下的負載瞬態波形@500 V

圖4. 100%-10%功率下的負載瞬態波形@500 V

采用了工業級器件的SECO-HVDCDC1362-40W-GEVB具有高輸出功率，它被用在25 kW直流充電係統的3個部分。第一個是在PFC部分用於為SECO-LVDCDC3064-SIC-GEVB供電，它作為驅動SiC功率模塊的柵極驅動器的隔離電源，提供穩定的電壓(-5 V和20 V)，如圖5，用於在寬輸入電壓範圍內的高效開斷。

圖5. SECO-HVDCDC1362-40W-GEVB在PFC中的使用

從圖1我們可以看到剩下兩個輔助電源係統被用於25 kW係統的DC-DC部分，一個連接至直流母線
，另一個連接到變壓器副邊輸出端如圖6。我們沒有在設計中采用高壓機械開關或繼電器，而是通過通用控製板(SECO-TE0716-GEVB)根據當前DC-DC工作方向來決定使用哪個輔助電源模塊。

圖6. SECO-HVDCDC1362-40W-GEVB在雙向DC-DC中的使用

結論

800 V電池和其電路係統是非常理想的，因為它們能提高係統效率並且減少電池充電時間。不過

，盡管800 V的母線電壓能夠降低回路電流
，但設計一套高效的、適合800 V係統的輔助電源仍然充滿挑戰。本篇文章簡單介紹了25 kW直流快充係統的輔助電源方案，它們直接連接在800 V母線並為快充係統中的低壓器件供電。

本係列文章共包含八個部分
，下周我們將發布第八部分。

來源：安森美

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