作者 贝能世界供稿
摘要：本文剖析了车载充电机在电动车辆 (EV) 或混合动力电动车辆 (HEV)在 48~800 V 电压规模内为动力电池充电上的运用，车载充电机的功用，常用的拓扑结构，以及运用Microchip 16位MCU在数字电源规划上的优势。
跟着我国成为全球最大的轿车销售商场，轿车行业也进入开展新阶段。近几年，我国也不断发起开展包含新能源轿车在内的节能轿车，其间电动轿车(EV)和混合动力轿车(HEV)成为热门，而车载充电(OBC)是电动轿车运用中的一大重要部分。
1 车载充电机作业原理
直流充电机由电网输入沟通电，经过桥式可控整流电路整流后，经过PFC调制，后级滤波后供给给高频DC-DC功率改换器，功率改换器经过AC-AC改换输出需求的直流电压，再次经过电容滤波后为电动轿车动力蓄电池或许锂电池进行充电，车载充电器对电动轿车进行充电是电力从AC转DC的一个进程。
以全桥充电机为例，简略的动力电源部分框图如图2所示。
2 车载充电机分类以及充电方法
现在车载充电机依照输入AC来分，能够分为单相和三相车载充电机;从商场运用广度来看，由于限于分量和尺度，较少有大于11 kW的充电机。
车载充电机装置到EV或许HEV电动车上，车与充电基础设施间选用了规范的沟通保险丝和衔接器，咱们称之为沟通桩，这种沟通桩起到安全供电，呈现过流过压等忽然情况，能够将熔丝熔断，或许经过压敏进行电压维护，然后维护充电机不遭到损坏，一起现在车载充电机都是运用电子式操控和调理，往往在充电机内部也现已参加维护单元。
如图3，现在充电方法，车载充电机运用左边的方法。右侧是直流充电桩，充电桩功率较大，多大于15KW，作为电动车的会集充电运用。
3 车载充电机的特色
车载充电机的特色能够用六个字归纳：智能、安全、高效。
● 高功率因数：沟通输入选用有源功率(PFC)因数校对，功率因数≥0.98，完成绿色电网;
● 高功率：整机选用LLC谐振软开关改动技能，满载功率>94.0%，发热量小、可靠性高;
● 宽电压输入规模：90 VAC～264 VAC，满意国内外电网的需求;
● 装置便利：选用风冷式密封防水结构，温升比天然冷却低，整机可靠性高;
● 对电池选用智能充电：内置微处理器，充电进程中判别电池的相对容量和辨认环境温度，依据电池的相对容量巨细和环境温度选用不同的充电曲线，全进程恒流操控，电池均衡性好，能有用延伸电池运用寿命。
4 车载充电机的维护功用
● 过热维护：当充电器内部温度超越80 ℃时，充电电流主动削减，超越87 ℃时，充电机关机维护，温度下降时，主动康复充电;
● 电池反接维护：电池接反时充电器内部电路与电池断开，不会损坏充电器;
● 空载维护：不接电池时无输出;
● 短路维护：输出短路时充电器内部电路与电池断开，只有当毛病扫除后从头接入电池才可康复充电;
● 充溢主动关机：充电器判别电池充溢后主动关机。
经过以上剖析可看出，车载充电机充分考虑车载运用的场合，进行严厉自我维护措施，确保充电对人身和电动轿车的维护一起转化功率也比较高。
5 车载充电机现在常用的拓扑结构
关于拓扑结构，本文依照常用的拓扑举例说明，首要是PFC(功率因数)和LLC(DCDC转化)两部分。PFC由两个独立升压转化器并联衔接，180度反相作业，十分适宜尺度受限的大功率运用。图5是穿插式PFC各部分的波形，其间两路PWM是穿插式PFC的MOS操控信号，后边是各部分的电流波形。
交织式PFC(图4)的长处：
电感纹波电流是反相的，趋向于彼此抵消。当占空比为50%时，能够完成最佳的电流纹波消除。电感存储电能要求是单相PFC的二分之一(磁量减小)交织还可减小输出电容纹波电流功率更高导通损耗为单相的二分之一;最大纹波电流将呈现在最小输入电压的峰值处(85Vac)。 大约70%的占空比发生约为电感纹波电流60%的输入电流纹波。
现在看，车载充电机大多都是选用LLC作为DCDC的首要拓扑结构，如图6所示。串并联谐振LLC拓扑长处为高功率、低噪声、高功率密度、无法对输入电压进行降压或升压经过改动开关频率来操控输出电压(占空比是稳定的50%)具有两个作业区域：电感区域，答应零电压开关(ZVS);%&&&&&%区域，答应零电流开关(ZCS)。
6 车载充电机拓扑结构的完成方法
从现在常见电路规划来看，其电路拓扑结构的规划首要分为两类：
1)选用硬件方法的PFC + LLC
选用Infineon公司的专用芯片IDP2303;一起选用单片机进行软件辅佐的方法，经过内置单片机来进行充电进程中判别电池的相对容量和辨认环境温度，依据电池的相对容量巨细和环境温度选用不同的充电曲线，全进程恒流操控;软件辅佐部分选用8 bit MCU就能够彻底完成，8 bit MCU内置充电曲线，能够给所需求的电池挑选不同的充电曲线;以车载充电机厂商常常运用的Microchip公司PIC18F系列MCU PIC18F45K80-I/PT为例，该器材带有CAN通讯接口，能够满意客户CAN 250 K的通讯速率，一起这颗MCU具有数字存储功用，能够节约外部存储器;这种选用硬件PFC + LLC的才能传递方法，辅佐以单片机体系进行外部参数的测验，传递给硬件的PFC和LLC进行参数设置，别的单片机进行辅佐也供给了杰出的人机交互界面，现在为很多车载充电机的出产厂商选用;这种做法的长处是能够经过模仿芯片进行AC到DC的能量传递，削减软件算法的难度，而辅佐的8 bit MCU，仅仅进行辅佐功用的查看，协助下降软件难度，为开发人员供给极为便利地人机交互。
2)选用纯数字处理方法
所谓数字的处理方法，便是经过专用的MCU进行车载充电机的电源算法，模仿硬件PFC和LLC的操控方法，一起具有愈加灵敏的操控方法，别的还能够躲避硬件方法的缺陷;现在在数字单片机进行电源算法的完成，一般运用16 bit或许32 bit MCU。
例如Microchip的16 bit GS系列操控器芯片，专门为数字电源操控规划，带有丰厚的数字电源外设，内置的运算放大器高达40 M的带宽，完美的适宜数字电源的规划，32位乘法器，以及单周期的乘法器和触发器极大便利算法的运算，高分辨率的PWM(1.04 ns PWM分辨率)和12 bit的AD，极大地提高了PWM调制的精度和选用的精度。
关于软件方面，Microchip公司为了便利客户规划，在软件开发环境MPLAB X IDE中集成了DCDT数字补偿器规划软件，便利开发人员进行数字补偿器的规划。
7 充电机数字电源规划实例
开发人员运用dspic33 GS系列规划一个数字电源，选用交织式PFC+半桥LLC结构。交织式PFC，如图7所示。
软件完成电流和电压补偿时，关于不同的体系，调理进口参数运用到不同体系。如图8所示。
LLC半桥：
开发人员能够依据自己的规划的体系进行装备，如图9是三型补偿器3P3Z的系数核算。
8 定论
车载充电机开展趋势是数字化操控体系，Microchip公司有专用的车载充电机电源操控MCU，并为广阔的车载工程师供给更适宜开发规划的16 bit GS系列操控芯片，一起供给了数字补偿器的规划软件，便利工程师进行参数的设置，缩短产品终究上市时刻。
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[4]邱慧.车载充电机拓扑结构比照[J].电子技能与软件工程,2017(8).
本文来源于《电子产品世界》2018年第8期第76页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
