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：1042 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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