充电桩电源模块电路的三个优化设计方法与实战案例

发布时间:2024-10-31 阅读量:847 来源: 我爱方案网 作者: bebop

随着电动汽车的普及,充电桩作为其重要配套设施的需求日益增长。一个高效、安全、可靠的充电桩不仅能够提高用户体验,还能有效延长电动汽车电池寿命。
为了提高充电效率、降低成本并确保安全性,充电桩电源模块的设计优化变得尤为重要。本文将探讨几种有效的充电桩电源模块电路设计优化方法,并提供性能优越,安全可靠的充电桩电源方案。

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1. 提高转换效率

  • 使用高效功率变换器:采用同步整流技术、软开关技术和高频变换技术等可以有效减少能量损耗,提高电源模块的整体转换效率。
  • 优化磁性元件设计:通过选择合适的磁芯材料和结构,优化绕组设计,减少磁损和铜损,从而提高电源转换效率。
  • 采用数字控制技术:利用数字信号处理器(DSP)或微控制器(MCU)实现精确控制,根据负载变化动态调整工作状态,进一步提高效率。

2. 增强系统稳定性与可靠性

  • 冗余设计:在关键组件如电源变换器、控制单元等方面引入冗余设计,即使某一部件发生故障,系统仍能正常运行。
  • 加强散热管理:合理布置热敏元件,采用高效的散热材料和技术,确保电源模块在高温环境下也能稳定工作。
  • 实施严格的质量控制:从原材料采购到成品出厂的每一个环节都应严格执行质量标准,确保产品的一致性和可靠性。

3. 降低制造成本

  • 标准化与模块化设计:通过标准化接口和功能模块,减少不同型号充电桩之间的差异,简化生产流程,降低开发和制造成本。


相关方案推荐:

STM32G474RET6/三相双向充电桩电源方案

该方案为基于STM32G474RET6开发的15KW三相双向充电桩电源方案,该方案可同时实现AC/DC和DC/AC的双向转换,直流电压为800Vdc,交流电压为400Vac@50Hz,功率可达15KW,转换效率高达99%,并且其能够采用软启动,这可以有效抑制浪涌电流。
方案优势:
三相维也纳,可以实现AC/DC DC/AC双相逆变,主要用于大功率充电桩等前级应用;
ST新一代数字电源控制芯片STM32G474,实现纯数字控制,灵活配置;
方案尺寸小,频率高达100KHz;
控制芯片可以输出12路高精度PWM,频率可以配置2-3级拓扑。
ST STM32G474RET6采用Arm Cortex-M4内核,主频高达170MHz,支持浮点运算、数学加速器和高精度定时器,该定时器可以同时发出12路PWM任意波,精度高达184ps,同时该芯片集成4个OP,多路UART,I2C,DAC控制,能够实现实时过流和过压保护。
APM32F411 MCU/EV交流充电桩方案


面向EV交流充电桩市场需求,极海采用基于Cortex-M4F内核的高适配型APM32F411系列MCU实现应用。该芯片具有高速运算能力,可满足系统精确的电源管理与充电控制需求;具备多种工作模式,实现灵活的充电桩运行控制;拥有丰富的高精度外设资源,以实现对系统参数的高精度监控,并简化系统设计。凭借APM32F411系列MCU优秀的产品特性,可满足市场对充电桩应用在功耗、性能、性价比等方面的综合需求。
 
APM32F411 EV交流充电桩方案特点

该方案主要应用于6.6KW交流智能家桩/小区共享桩/商业停车场/企事业单位停车/汽车租赁/运营商停车等场合,主要特点:

高效可靠充电管理
■  交流充电功能,支持单枪充电(可扩展到双充14KW),最大6.6KW充电
■  过流、短路、过压、欠压、漏电、防雷击、充电、联机中断保护功能,板载隔离器件、保险丝、漏电保护器,保障器件安全及系统稳定性
■  采用专用AC/DC辅助电源模块,实现稳定供电
■  设有故障紧急停充功能

小华HC32F334  3kW 两相交错全桥LLC方案(参考设计)

方案简介:
交错式LLC电源拓扑能大幅度降低LLC输出电流纹波,可以减少输出侧滤波电容,从而减少系统体积;扩大单相LLC变换器的输出功率容量,相比直接并联,多相交错后相间易于均流;轻负载时还可以以单相全桥模式工作。所以已经广泛应用在中大功率工业领域。小华HC32F334专用数字电源控制器结合了交错LLC的发波时序和保护需求,完全自主开发设计,支持12路130ps高精度HRPWM。
方案特色:
输入电压:DC 380-420V
输出电压:DC 48V
功率:3000W
峰值效率:97%
谐振频率:132K
两相均流度:>95%
输出纹波:<1%
MCU特色
M4 32位 120MHz CPU
36KB RAM 和128KB FLASH
2*6路130ps高精度PWM,支持高精度周期、高精度
占空比和高精度错相
10个事件驱动的时序引擎
可编程逻辑阵列PLA
带FPU和DSP内核
集成EMB功能
8通道DMA,灵活的触发源,支持连锁传输
应用场景:
AC/DC、DC/DC数字电源应用,如通信与服务器电源、砖块电源、微逆、充电桩DC/DC等。

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