CLLC拓?fù)湓陔p向OBC中的應(yīng)用

隔離DCDC是構(gòu)成OBC的重要部分之一，在很多單向OBC隔離DCDC級(jí)都會(huì)用到LLC拓?fù)?，比如迪?a target="_blank">新能源研發(fā)生產(chǎn)的單向OBC便應(yīng)用了LLC拓?fù)?，它具有能效高、抗EMI表現(xiàn)好、可靠性高等優(yōu)勢(shì)。

圖1：雙向OBC框圖

而雙向OBC中的隔離DCDC級(jí)都會(huì)采用CLLC拓?fù)?，它是將LLC拓?fù)渲须姵貍?cè)的橋式整流二極管換成有源橋，然后再在變壓器的電池端串上一個(gè)C來確保磁平衡。

在給電池充電的時(shí)候，左側(cè)的橋做主動(dòng)開關(guān)，右側(cè)的橋做同步整流；當(dāng)電池向外做逆變的時(shí)候，右側(cè)的橋做主動(dòng)開關(guān)，左側(cè)的橋做同步整流。

CLLC拓?fù)洳捎妹}沖頻率調(diào)節(jié)來控制增益，它繼承了LLC拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)，同樣具有軟開關(guān)特性，能效高、抗EMI表現(xiàn)好、開發(fā)難度低，更易于雙向OBC的批量生產(chǎn)與應(yīng)用。

下面我們以一款6.6kW雙向OBC的CLLC拓?fù)錇槔瑏韼椭O(shè)計(jì)人員解決開發(fā)過程中的挑戰(zhàn)。

圖2：6.6kW雙向OBC峰值效能

這款雙向OBC采用寬母線電壓范圍來應(yīng)對(duì)電池電壓的變化，峰值能效高達(dá)98%，它主要包含三個(gè)主要部分。

如圖3所示，中間那片大板是功率板，所有高壓大電流的線路都會(huì)在這片板上；右上角是控制板，通過接插件與功率板相連，方便在不同功率方案之間做交叉測(cè)試；左側(cè)是諧振腔組合，包含了一個(gè)集成了諧振電感的變壓器和兩個(gè)諧振電容板。

圖3：三個(gè)主要部分 諧振電容有多顆MLCC串并聯(lián)組成，可以滿足在耐壓和電流的要求下實(shí)現(xiàn)更小體積，諧振腔是可以拆卸的，方便設(shè)計(jì)人員驗(yàn)證不同變壓器、電感和電容的參數(shù)。

此方案中包含了散熱器、風(fēng)扇、輔助電源、保護(hù)電路等，直接連接電源與負(fù)載就可以在滿載情況下做長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試。

在功率板中，位于母線側(cè)和電池側(cè)的兩個(gè)有源橋分別由四顆1200V/40毫歐NVHL040N120SC1和四顆900V/20毫歐NVHL020N90SC1碳化硅MOS構(gòu)成，碳化硅（SiC）相比Si可實(shí)現(xiàn)更高的功率密度、更高的開關(guān)頻率和極高效的設(shè)計(jì)。

驅(qū)動(dòng)這八顆SiC MOS的是八顆磁隔離大電流驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)信號(hào)由控制板通過控制接口送出，控制接口的所有信號(hào)都位于電池側(cè)，電平不超過12V。

電池端的電壓、電流被采樣完后通過分壓、放大后直接送到控制接口；母線側(cè)的電壓采樣由一顆獨(dú)立的ADC來完成，數(shù)據(jù)通過SPI總線再經(jīng)數(shù)字信號(hào)隔離器傳送到控制接口。

在控制板中，此款OBC采用了一顆車規(guī)級(jí)的LLC控制芯片，用來做脈沖頻率調(diào)制（以下簡(jiǎn)稱“PFM”）與同步整流控制；它用低功耗MCU來做充電的恒壓值設(shè)定，用車規(guī)級(jí)軌到軌運(yùn)放來做恒流充電控制，再配上車規(guī)級(jí)邏輯器件來做電網(wǎng)到電池和電池到電網(wǎng)方向的判斷和轉(zhuǎn)換。

電路細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)考慮

如果想節(jié)約成本，可以把1200V和900V SiC MOS換成900V和650V SiC MOS，但需要控制好開關(guān)尖峰，最好從降低PCB寄生電感著手，可以通過添加旁路電容實(shí)現(xiàn)。

由于高電壓低Rdson的SiC MOSFET器件Qg很大，為了在高開關(guān)頻率下維持高效，必須用大電流的門極驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)。

另外，此方案的控制接口位于電池側(cè)，驅(qū)動(dòng)母線側(cè)的MOS必須要隔離，而且要符合安規(guī)。

選擇高壓輔助電源的最佳拓?fù)?/strong>