概述

在全世界都致力于實現(xiàn)碳中和的同時，電動汽車 (EV) 也在迅速搶占內(nèi)燃機汽車的市場份額。 然而，電動汽車存在里程焦慮的問題，用戶會擔(dān)心在不充電的情況下EV能夠駕駛多長時間。為了解決這個問題，世界各國的政府都在大力投資EV充電基礎(chǔ)設(shè)施。

EV充電站類型

目前在用的EV充電站類型多樣，從 1 級/2 級 (L1/L2) 充電站，到可提供高達 400kW 功率的直流快速充電 (DCFC) 站（見圖 1）。

EV充電站具體描述如下：

• L1/L2:這類充電站可提供交流電為電動汽車充電，電池滿電的充電時長通常需 8 小時以上。L1 的充電功率為 3kW 或更低，這意味著車輛每充電1小時可行駛 2 至 10 英里；L2 的額定交流電功率為 3kW 至 19kW，即充電1小時可行駛 10 至 25 英里。

• DCFC:這類充電站可在 40 分鐘內(nèi)將 EV 電池從 20% 充電至 80%，具體取決于充電站本身的額定功率（50kW 至 400kW）和車輛可充電的最大功率。

在住宅或工作場所充電，L1/L2就足夠了。但對無法長時間充電的用戶來說，DCFC 和超級充電站則是必需的，例如長途旅行中的電動汽車，其電池的全部容量都將被利用。

圖 2 顯示了在全球范圍內(nèi)用于 L1/L2 交流充電站和 DCFC充電站的不同類型連接器。DCFC 很方便，且能夠快速補充能量，但其高充電率會比交流充電更快使 EV 電池降級；而L1/L2則是利用了EV中的車載充電器，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電為電池充電。但另一方面，DCFC 充電站中包含了所有的電力電子設(shè)備將來自電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，可直接為汽車電池充電。

請注意，特斯拉在歐洲之外的所有市場都為其超級充電站提供專有插頭；在歐洲則提供 CCS2 連接器。

圖 3 所示為一個典型的直流快速充電站功能框圖，該電路將三相交流電壓轉(zhuǎn)換為 250V 至 800V 的直流電壓來為電動汽車充電。DCFC 充電站通常包含幾個這樣的子單元，每個子單元的功率范圍從 30kW 到 75kW。 圖中還展示出很多可以驅(qū)動直流快速充電站的解決方案，包括隔離式柵極驅(qū)動器、隔離式電源模塊、變壓器驅(qū)動器偏置和具有集成電源的數(shù)字隔離器解決方案。

從圖 3可以看出，DCFC 系統(tǒng)通常由兩個功率轉(zhuǎn)換級組成。第一級為功率因數(shù)校正 (PFC) 級，它將來自電網(wǎng)的交流電壓轉(zhuǎn)換為介于 800V 和 1300V 之間的中間直流電壓總線。PFC 級通常采用三相三電平整流器/逆變器拓?fù)?。這種拓?fù)涞奶厥庠谟诳梢耘c三相電網(wǎng)連接的三電平變換器。

第二級也稱為 DC/DC 級，它通過隔離式 DC/DC 變換器將中間 DC 電壓轉(zhuǎn)換為目標(biāo)電壓，用于需要充電的電池。LLC 和相移全橋變換器是 DC/DC 級較為常見的拓?fù)溥x擇。

設(shè)計大功率充電站的部分挑戰(zhàn)來自于如何最大化功率密度，如何降低成本并縮小尺寸。提高效率的行業(yè)通用方法之一是用碳化硅 (SiC) FET 代替半導(dǎo)體 MOSFET/IGBT。在 DCFC 充電站功率已從 50kW 增加到 高于400kW 的今天，這種方法尤為重要。

由于 DCFC 系統(tǒng)的高電壓和大功率特性，它需要隔離設(shè)備來保護用戶和低壓控制電路免受來自高壓電源轉(zhuǎn)換電路的潛在危害與干擾。我們可以利用附加組件來降低這種危害風(fēng)險：

• SiC MOSFET 和 IGBT 的隔離式柵極驅(qū)動器，如?MP18831?和MP18851

• 數(shù)字信號隔離器，如?MPQ27811?和MP27631

• 隔離式電流采樣和電壓采樣器件，如?MCS1806?和MCS1803

請注意，隔離式柵極驅(qū)動器需要隔離式偏置電源來供電，并且柵極驅(qū)動器電源必須能夠承受高隔離電壓。 至少，柵極驅(qū)動器電源必須能夠承受中間直流總線電壓，并且必須提供低隔離電容，以最大限度地降低從高壓側(cè)到低壓側(cè)的干擾。

為柵極驅(qū)動器設(shè)計隔離式電源

MPQ18913?是一款用于隔離式偏置電源的變壓器驅(qū)動器。它可與 SiC FET 配合使用，用作 SiC 柵極驅(qū)動器的隔離式偏置電源。隔離式電源通常采用反激拓?fù)鋪硖峁└綦x式 18V/-4V 輸出，以驅(qū)動 SiC FET。圖 4 顯示了采用 MPQ18913 實現(xiàn) 18V/-4V 輸出的典型應(yīng)用電路。其輸出數(shù)量可以根據(jù)使用的變壓器進行配置，輸出電壓也可通過匝數(shù)比進行修改。

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