HEVEV车载充电器(OBC)及DC-DC方案
车载充电方案
车载充电方案简介车载充电是指在汽车行驶或停车的过程中，通过特定的充电设备为电动车或混合动力汽车充电。
随着电动车市场的快速发展，车载充电方案成为了关注的焦点。
本文将介绍车载充电方案的基本原理、常见的充电方式以及一些新兴的技术。
车载充电的基本原理车载充电的基本原理是将外部电能传输给电动车或混合动力汽车的电池组，以满足车辆的能量需求。
这种充电方式与传统的加油站式充电方式不同，它无需将车辆停驶在特定的充电站，而是可以在行驶过程中进行充电。
常见的车载充电方式1.直流快充（DC快充）DC快充是目前最常见的车载充电方式之一。
它使用直流电源将电能传输到电动车的电池组中。
由于直流快充的特性，它可以在相对较短的时间内为电动车充电，通常只需要30分钟到1小时就可以使车辆的电池充满。
DC 快充的一个主要挑战是需要高功率的充电设备和充电桩，同时电动车本身也需要支持DC快充。
2.交流家用充电（AC家充）AC家充是一种常见且普及度较高的车载充电方式。
它使用家用交流电源将电能传输到车辆的电池组中。
AC家充的充电速度相对较慢，通常需要几个小时甚至更长时间来完成充电。
然而，由于不需要高功率的充电设备和充电桩，以及广泛存在的交流电源，AC家充成为了普通家庭和办公场所最受欢迎的充电方式之一。
3.感应充电感应充电是一种无线充电技术，通过电磁感应原理将电能传输给电动车的电池组。
这种充电方式无需物理连接，只需要在路面或停车场等指定区域安装充电设备。
感应充电的主要优势是充电过程中无需人工干预，方便快捷，特别适用于电动出租车和公共交通工具。
然而，目前感应充电的效率仍有待提高，且成本相对较高。
新兴技术除了上述常见的车载充电方式外，还有一些新兴的技术被广泛研究和开发。
1.高速公路无线充电高速公路无线充电是一种新兴的车载充电技术，它利用在高速公路上嵌入的充电装置，通过电磁感应将电能传输给电动车。
这种充电方式可以在车辆行驶过程中进行充电，无需停车或额外操作，从而延长电动车的续航里程。
车载充电机obc内部原理
车载充电机obc内部原理一、概述车载充电机（OBC, On-Board Charger）是电动汽车的重要组件，用于在行驶或停车时为电池充电。
OBC的内部原理主要包括输入电路、功率电路、控制电路、保护电路和显示电路等部分。
这些部分协同工作，确保充电过程的稳定、安全和高效。
二、输入电路输入电路主要负责接收外部电源，并进行电压和电流的调节。
在OBC中，输入电路通常包括电源滤波器、浪涌电流限制器、电磁干扰（EMI）滤波器以及输入电压和电流的检测电路等部分。
这些组件共同作用，确保输入电源的质量和稳定性，同时减小对电网和车辆电气系统的干扰。
三、功率电路功率电路是OBC的核心部分，负责将输入的电能转换为适合电池充电的电压和电流。
该电路通常包括功率开关（如整流器、逆变器等），以及相应的驱动和控制电路。
这些组件在控制电路的指令下工作，将电能传递给电池或车载电机，并实现高效和稳定的充电。
四、控制电路控制电路是OBC的大脑，负责监测和控制整个充电过程。
控制电路通常包括微控制器（MCU）、电源管理单元（PMU）以及相关的传感器和控制信号处理电路。
MCU 根据传感器采集的信息，如电池状态、充电状态等，调整功率电路的工作状态，以实现最佳的充电效果。
同时，控制电路还负责与车辆的其他系统进行通信，以实现智能充电和能量管理。
五、保护电路保护电路是OBC的安全卫士，用于在异常情况下保护电池和车辆电气系统免受损坏。
保护电路通常包括过流保护、过压保护、欠压保护、过热保护等组件。
这些组件通过监测关键信号和参数，在发现异常时立即切断或调整充电电流和电压，确保充电过程的安全和稳定。
六、显示电路显示电路负责提供人机界面，使驾驶员或乘客能够了解OBC的工作状态和电池的充电状态。
显示电路通常包括LED指示灯、液晶显示屏（LCD）或触摸屏等组件。
这些组件通过与控制电路通信，显示当前充电状态、故障信息以及电池电量等信息，方便用户了解车辆的充电情况。
总结车载充电机OBC的内部原理是一个复杂而精妙的设计，涉及到多个相互关联的电路和组件。
车载电源方案
车载电源方案随着汽车行业的飞速发展，车载电子设备在车辆中的应用越来越广泛。
为了满足这些设备的电能需求，车载电源方案成为了关键的问题。
本文将探讨一种适用于车载电子设备的高效可靠的车载电源方案。
一、概述车载电源方案是指为车载电子设备提供稳定可靠的电能的系统。
它不仅需要满足设备对电能的需求，还需要考虑到车辆的动态环境和安全要求。
一个优秀的车载电源方案应该具备以下特点：高效率、稳定性、安全性和适配性。
二、常见的车载电源方案1. 车载蓄电池方案车辆通常装配有蓄电池来存储电能，供车载电子设备使用。
这种方案简单易行，但蓄电池容量有限，需要定期充电，且在长时间未使用车辆情况下容易失效。
2. DC/DC转换器方案DC/DC转换器是将车辆的电能转换为满足电子设备需求的电能的装置。
它能够根据设备的电能需求进行稳压稳流，并能够适应车辆电压的波动。
这种方案可以提供电能的稳定性和适配性，但效率相对较低。
3. 太阳能光伏方案太阳能光伏装置可以将太阳能转化为电能，提供给车载电子设备使用。
这种方案环保可持续，并且能够为电子设备充电，但在夜间或阴天无法提供稳定的电能。
三、创新的车载电源方案为了解决传统车载电源方案的不足，许多创新的车载电源方案被提出。
1. 车载动能回收方案这种方案通过采用动能回收技术，将车辆行驶中浪费的能量转化为电能，供车载电子设备使用。
这种方案可以有效增加电能的利用率，同时减少了对蓄电池的依赖。
2. 超级电容器方案超级电容器具有高能量密度和高功率密度的特点，可以快速充放电。
将超级电容器集成到车辆中，可以满足车载电子设备对瞬时高功率需求的情况。
这种方案能够有效提高电能的利用效率和供电稳定性。
3. 燃料电池方案燃料电池是一种将氢气和氧气通过化学反应产生电能的装置，具有高能量密度和长时间使用的能力。
将燃料电池应用到车辆中，可以以氢气为燃料，为车载电子设备提供稳定连续的电能。
四、未来展望随着新能源技术的不断发展，车载电源方案将会迎来更多的创新和突破。
obc车载充电机拓扑原理
obc车载充电机拓扑原理
OBC（On-Board Charger）车载充电机是电动汽车或插电式混合
动力汽车中用于将外部电源转换为电动车辆电池组所需电能的设备。
充电机的拓扑原理是指其电路结构和工作原理。
一种常见的OBC拓扑原理是采用开关电源变换器，通常是基于
整流器-变换器-逆变器（AC/DC-DC/DC-AC）的结构。
首先，交流电
源输入通过整流器转换为直流电压，然后经过DC/DC变换器将电压
调整为适合电池充电的电压，最后通过逆变器将直流电压转换为交
流电压，以便将电能输送到电动车辆的电池组中。
另一种常见的OBC拓扑原理是采用LLC谐振变换器。
LLC谐振
变换器结合了串联谐振和并联谐振的特性，能够实现高效率和高功
率密度。
它通过谐振电感和电容器来实现零电压开关和零电流开关，从而减少开关损耗，提高能量转换效率。
此外，还有基于桥式整流电路和多电平逆变器的OBC拓扑原理。
桥式整流电路可以将交流电源转换为直流电压，而多电平逆变器可
以提供更高的输出电压质量和更低的电磁干扰。
总的来说，不同的OBC拓扑原理在结构和工作原理上有所不同，但它们的共同目标是将外部电源有效地转换为适合电动车辆充电的
电能，同时实现高效率、高功率密度和高电压质量。
这些拓扑原理
的选择取决于具体的应用需求和设计考虑。
EV HEV 充电器：1 级和 2 级
EV HEV 充电器：1 级和2 级。
由于电池的电量有限，PHEV 和BEV 必须定期再充电，而这通常通过以某种形式连接到电网来进行。
对于大多数用户，1 级充电（15A-20A 时为120 VAC）将是最可用的电源，由于所有用户都可轻松接触板载充电器，因此应能够处理所有板载充电器。
在其当前状态下，多数用户喜欢利用更快的 2 级充电（40A 时为240 VAC）。
相比 1 级充电，2 级充电的充电时间更短，但需要更大的电源来供应相应的电流和电压。
通过能够同时利用这两种充电，您在充电选项上为客户提供了更大的灵活性，以及更多可提供充电的位置。
用于这些汽车的 1 级和 2 级充电系统包含一个AC / DC 转换器，可从AC 线产生DC 电压。
这些输入电源需要经过功率因数校正(PFC) 来提升功率因数以符合地区法规标准。
反向器的核心是实时C2000 微处理器。
此控制器被编程为执行控制环路以实现所有必需的电源管理功能，包括具有PFC 的AC/DC 和DC/DC 以创建必需的电池充电配置文件。
C2000 控制器包含先进外设，例如高精度PWM 输出和ADC，可读取ADC 并在单个时钟周期内调节PWM，从而实现实时控制。
为安全起见，还需要隔离处理器和电流与电压，以及连接外界的通信总线。
TI 数字隔离器具有逻辑输入和输出缓冲器，它由可提供4kV 隔离的TI 二氧化硅(SiO2) 隔离势垒进行隔离。
当与隔离电源配合使用时，这些器件可以阻止高电压、隔离接地以及防止噪声电流进入本地接地和干扰或损害敏感的电路。
高性能模拟部件还可提供重要系统的功能，例如MOSFET 驱动器、传感器反馈、芯片电源和通信收发器。
1 级和2 级板载充电系统的通信特定于应用。
它取决于消费者是否需要此类系统来连接到电网。
1 级充电在公共领域可能不太常见，而在家用充电。
电动汽车充电器安规电容器的新要求
电动汽车充电器: 安规电容器的新要求用于抑制电磁干扰的电容器，也称安规电容器，是电池组和电源中的永久固定物。
随着开关电源广泛用于计算机、打印机、电视和手机充电器等众多应用，安规电容器已在每个家庭中使用。
由于汽车电气化及电源电压日益提高，安规电容产品正在越来越多的应用于汽车工业，并对此提出了新的要求。
在全球市场中，汽车制造商面临汽车电气化程度越来越高的压力。
这不仅意味着需要安装新的辅助驾驶系统，而且需要在市场上推出电动汽车(EV)，无论混合动力汽车(HEV) 还是全电动汽车。
立法机构正在推动这一趋势, 为减少二氧化碳的排放创造条件。
以电化学能量存储系统取代传统汽油或柴油燃料系统是使用电动汽车的前提。
众所周知，电动汽车的电池不是用油气充电，而是在电源插座或充电桩上采用直流电压充电。
因此，车辆需要具有相应AC/DC转换功能的电子充电装置，即所谓的车载充电器(OBC)。
这方面，这类充电器可以比作手机与其电源的关系，只是功率更高，并且可在更恶劣的环境下工作，因为汽车可能在寒冷的西伯利亚、炎热的沙漠、潮湿的热带、崎岖不平的道路上行驶。
因此，汽车工业安规电容器的某些要求是不同的，这就是为什么OBC必须使用特殊的符合汽车标准的安规电容器。
广告一般要求安规电容器将高频干扰信号—电磁干扰(EMI) 和射频干扰(RFI) —传输到底盘接地或中性导体上，从而使干扰短路。
降低EMI可确保汽车电子部件的电磁兼容性(EMC)。
此外，安规电容器必须能够拦截过高的脉冲电压，防止耦合到供电系统中。
安规电容器分为两类—X类电容器和Y类电容器(图1)。
图1: X类(左图) 和Y类(右图) 安规电容器的连接(图片来源：Vishay Intertechnology)X类电容器跨接在火线和零线之间。
这种情况下，电容器故障不会导致触电的危险。
X类器件还可细分为X1和X2电容器。
根据规定，X1类电容器必须能够承受4KV的电压脉冲，X2电容器必须能够承受2.5 kV的脉冲。
HEVEV车载充电器(OBC)及DC-DC方案
2012
2015
2017
2018
SF3 FRFET New
SF3 Easy New
Performance Low (Efficiency) High
3
10/23/2017
Easy
SF2 FRFET Design in ( EMI, Controllability ) Public
Hard
Fast/Easy Drive/FRFET Comparison
• Direct replace to SF1 • Easy to design by a internal Rg •104mΩ in TO-220, 41mΩ in TO-247
Auto SuperFET II (2012) – FRFET
• Smaller Qrr and robust body diode • For soft switching topologies
SuperFET II and III
7
10/23/2017
Public
Automotive HV MOSFET’s
PKG
RDS(on) 25mΩ 28mΩ 40mΩ 72mΩ
82mΩ
110mΩ
D2PAK
TOLL HV
TO-247
TO-247-4L
March,2018 NVB082N65S3F (Samples Available)
SiC
Superjunction: 650V – 900V - Optimized HV solution
1M
100k
10k
Silicon
Remains
1k Mainstream
Technology
干货：一文了解电动汽车DCDC变换器、车载充电机、高压配电盒
干货：一文了解电动汽车DCDC变换器、车载充电机、高压配电盒以电为核心，电动汽车的核心部件可总结为大三电、小三电。
大三电即电机、电控、电池，小三电则有不同的说法。
有人将“电动空调、电动刹车、电动转向”称为小三电，也有人将“DC／DC变换器、车载充电机、高压配电盒”称为小三电。
本文主要介绍DC／DC变换器、车载充电机、高压配电盒，供参考。
一、DC／DC变换器DC／DC变换器（DC／DC convertor）是将某一直流电源电压转换成任意直流电压的变换器。
作为电动汽车动力系统中很重要的一部分，它的一类重要功能是为动力转向系统、空调以及其他辅助设备提供所需的电力；另一类功能，是出现在复合电源系统中，与超级电容串联，起到调节电源输出，稳定母线电压的作用。
图：给车载电气供电的DC／DC在电动汽车电气系统中的位置给车载电气供电的DC／DC在选型时，并不是直接将全部电气功率加在一起，来计算需求，而是把用电设备分为长期用电、连续用电、短时间间歇用电和附加用电设备等类型，并赋予不同的权值。
下表列出各类设备所消耗功率，供参考。
目前，厂家生产的电动汽车DC／DC变换器功率有1kW、1．2kW、1．5kW、2kW、2．5kW、3kW、5kW等。
生产DC／DC 变换器的国外企业有TDK、博世、大陆、德尔福、联合电子、艾默生等，国内企业有欣锐科技、力工新能源、洛阳嘉盛、南京中港电力、富特科技、合肥华耀电子、康灿新能源、英威腾、通合电子、核达中远通、深圳威迈斯、金霆正通等。
图为力工新能源DC／DC变换器产品二、车载充电机车载充电机（on－board charger；OBC）是固定安装在电动汽车上的控制和调整蓄电池充电的电能转换装置。
车载充电机具有为电动汽车动力电池安全、自动充满电的能力，其依据电池管理系统（BMS）提供的数据，动态调节充电电流或电压参数，执行相应的动作，完成充电过程。
车载充电机由两大部分组成：电源部分和充电机控制主板。
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Design in ( EMI, Controllability )
Hard
3
10/23/2017
Public
Fast/Easy Drive/FRFET Comparison
FAST Version
• • • • • • • High efficiency Hard Switching Topologies Reduced Qg and Eoss Hard Switching Topologies Boost PFC,Full Bridge Phase Bidirectional Buck- Boost Semi Bridgeless PFC
Easy Drive Version
• Easy to drive with low gate oscillations. Low EMI and Voltage spikes • Controlled lower Coss. • Hard/Soft Switching Topologies • Boost PFC, Semi Bridgeless • PFC, Phase Shift DC-DC • • • • • • •
Auto SuperFET III (2017) – Easy Drive • 41% lower Rsp than SF2 • Direct replace to SF2 •72mohm in D2pak • 67mΩ in TO-220/F, 25mΩ in TO-247 Auto SuperFET III (2018) – FRFET 28mΩ in TO-247 80mΩ in D2pak
41 23
150 110 100 70 50 99 104 67
0 D2PAK Power88 TO-220 TO-247
Blue: SuperFET III Red: SuperFET II
5 10/23/2017 Public
Features, Benefits and Applications of SFIII 650V
NVH025N65S3 (Samples Available) NVHL028N65S3F (Samples Q4,2017) NVHL040N65S3F (Samples Q4,2017) NVH072N65S3 (Samples Available)
October ,2017 April ,2018
FRFET Version
Fast Body Diode Small Qrr and Trr Robust diode ruggedness Better reliability Soft switching resonant topologies like LLC, LCC, Dual Active ridge DC-DC
SJ MOSFET 650V Technology Evolution
SJ MOSFET Generation
SuperFET II (2011) SuperFET II Fast (2011) • Direct replace to SupreMOS® • For high efficiency SuperFET II (2012) – Easy Drive SuperFET I (2004) • First Gen. SJ MOSFET • Best-in-class body diode dv/dt •190mΩ in TO-220, 70mΩ in TO-247 • Direct replace to SF1 • Easy to design by a internal Rg •104mΩ in TO-220, 41mΩ in TO-247 Auto SuperFET II (2012) – FRFET • Smaller Qrr and robust body diode • For soft switching topologies SupreMOS (2009) • 50% lower Qg than SF1 • World 1st Trench Type • 90mΩ in TO-220, 36mΩ in TO-247
2004
2009
High
2011
2012
2015
2017
2018
New
• SuperFET series : Multi Epi Type • SupreMOS : Trench Type
SF3 FRFET
Performance (Efficiency)
SF3 Easy
New
SF2 FRFET
Low Easy
11 10/23/2017 Public
APM ( Automotive Power Module - MOSFET)
EMC
Bond wires Signal leads
Al Wire
Power dies
DBC
Lead Frame
Power leads
DBC substrate
12
10/23/2017
基于超结MOSFET、宽禁带(WBG)及模块的 HEV/EV车载充电器(OBC)及DC-DC方案
Charlie Wang October 2017
Public Information
Technology Driven Capability
Silicon : 12V – 1700V - Best FOM, Packaging Options
August ,2018
150mΩ
NVB150N65S3F (Samples Q1,2018)
10/23/2017
NVBL150N65S3F (Samples Q2,2018)
Public
8
New Package for Fast Switching Applications
Package Outline TOLL Standard Package
Pout [W] 10M
SiC
Central PV*
Superjunction: 650V – 900V - Optimized HV solution SiC: 900V – 1200V - High power density performance
pile
1M
100k
OBC**
GaN: 650V - High frequency performance
200
• Higher power density • Ideal for High Power OBC systems
• Less paralleling MOSFETs Less space requirements Less critical for layout interferences of paralleling devices
10/23/2017
Public
TO-Leadless Package
Automotive released portfolio from 40V to 150 Automotive Development for 650V HV MOSFET’s Very high current capability up to 300A - Smaller footprint than D2PAK - 9.8x11.7 mm vs 10.2x15.2 mm 30% less board space & half in height - High Creepage and Clearance 2.4mm than D2pak 1.5mm - Good thermal efficiency - Very low package resistance 40% lower RPackage supports very low power dissipation - low Thermal Resistance (0.35 to 0.5 C/W) - Low package inductance - ~ 2 nH package inductance compared to ~ 6-8 nH of D2PAK improved EMI, simplifies board-design - Large source pin - Low resistance contact to board , further dissipation and reliability advantage (less electro-migration at high temperature / high current) - Highest reliability - Passed 6000 Thermal Cycles ( 6 x AEC-Q101 requirement)
9
10/23/2017
Public
TOLL Package with Kelvin Sense
Source Wire of 5mil
Existing package with no Kelvin Sense
Reference Die Information for HV SF2 attached
10
Features • Lower RDS(ON) / Same Packages • Lowest FOM • RDS(ON) max. X Qg typ. • Optimized Turn-ON • Robust body diode • 650V Benefits • High Power Density • Less paralleling MOSFET • High System Efficiency • High System Reliability • Improved Safety Margin Applications • OBC and HV DC-DC • Automotive HEV-EV