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[導(dǎo)讀]采用Vienna拓?fù)溆兄T多優(yōu)勢,但也會帶來不小的挑戰(zhàn),因為采用該拓?fù)湫枰獙崿F(xiàn)大功率高頻轉(zhuǎn)換開關(guān)操作,此舉還會產(chǎn)生開關(guān)損耗,加之轉(zhuǎn)換損耗所產(chǎn)生的熱量也需要得到處理。

純電動車正越來越流行,而隨著潛在用戶對它們的了解愈發(fā)深入,純電動車極有可能迎來更快速的發(fā)展。根據(jù)美國能源信息署(EIA)預(yù)測,從2018年到2050年,續(xù)航里程達到160.9km、321.8km和482.8km級別的純電動乘用車將實現(xiàn)29%的增長。得益于美國聯(lián)邦和各州為刺激純電動車需求而頒布的法案和激勵措施,更多消費者如今都愿意在購買新車時將純電動車列入候選中。不論消費者此舉是出于「保護地球環(huán)境」的「政治正確」,還是經(jīng)過詳細(xì)、明智的考察之后做出的認(rèn)真決策,續(xù)航里程一定會是選擇過程中繞不過去的話題,一些思緒更加深入的消費者可能會進一步考慮充滿電所需要的時間。在絕大多數(shù)車主看來,純電動車充電就好比燃油車加油,后者花費的時間顯然不會超過10到15分鐘;然而,對于純電動車,現(xiàn)實卻很骨感:大多數(shù)純電動車都采用車載交流充電方案,必須花上整整一個晚上或者至少好幾個小時才能充滿電(表1)。目前,美國全國范圍內(nèi)部署的純電動車充電樁大都是一級充電樁(通常采用家用交流電)或二級充電樁(接入三相交流電的停車場和零售場所)。上述充電級別是由美國汽車工程師協(xié)會(SAE)定義的,該協(xié)會的J1772標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一級和二級充電樁的插頭和插座布局方式。對于二級和三級充電樁,SAE規(guī)定了一種組合的插頭和插座制式。

 

 

表1:純電動車充電樁的類型,列出了各種充電級別以及對應(yīng)的充電時間和功率需求(來源:安森美半導(dǎo)體)

正如表1所示,如果純電動車要解鎖如同燃油車一般的「快速回血」技能,就必須借助四級充電樁和支持直流充電的車輛。實現(xiàn)四級充電需要極高的功率,并且其設(shè)計重點不再是車載交-直流充電樁,而是大功率、高效率的直流充電樁。如今,四級充電樁雖然在技術(shù)上可行,但它對當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的要求極高,因此在綜合考慮充電時間、成本和電網(wǎng)承載能力三者平衡的情況下,三級充電樁成為了一種頗有前途的解決方案。

快速、大功率三級充電樁的設(shè)計

三級充電樁也稱為「快充」充電樁,最大可提供500A電流,需采用高效三相電源轉(zhuǎn)換拓?fù)?,這種拓?fù)渫ǔJ褂脦е绷?直流轉(zhuǎn)換器、基于Vienna整流器的功率因數(shù)校正(PFC)方法(圖1)。這種交流-直流轉(zhuǎn)換方法充分利用了電網(wǎng)三相電源中三個互不相同的電平,能夠以高效率、高密度、低物料消耗的方式實現(xiàn)所需輸出功率。

圖1:采用Vienna PFC轉(zhuǎn)換器拓?fù)涞募冸妱榆嚾壋潆姌?來源:安森美半導(dǎo)體)

采用Vienna拓?fù)溆兄T多優(yōu)勢,但也會帶來不小的挑戰(zhàn),因為采用該拓?fù)湫枰獙崿F(xiàn)大功率高頻轉(zhuǎn)換開關(guān)操作,此舉還會產(chǎn)生開關(guān)損耗,加之轉(zhuǎn)換損耗所產(chǎn)生的熱量也需要得到處理。這些挑戰(zhàn)以及充電設(shè)備的位置所帶來的空間限制,驅(qū)使著電源設(shè)計工程師不斷尋求超越當(dāng)今硅基二極管和MOSFET特性的半導(dǎo)體制程技術(shù)。

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