直流充電樁電源模塊,充電樁模塊電路-KIA MOS管

直流充電樁模塊

充電樁核心是一個基本的AC-DC轉換器。它由PFC級、直流母線和DC-DC模塊組成。

PFC級功能框圖：

DC-DC模塊功能框圖：

直流充電樁的功率轉換核心通常由一個或多個功率模塊構成。一個典型的“充電樁功率模塊”（例如15kW模塊）內部電路包含整流+PFC和DC/DC變換兩級功率電路。

1. 整流與有源功率因數校正 (AC/DC with PFC)

拓撲： 目前主流采用三相VIENNA整流器拓撲（因其效率高、功率因數好、開關應力較低）或 三相圖騰柱無橋PFC拓撲（后起之秀，效率最高，但控制復雜）。

簡化工作原理（以單相圖騰柱PFC示意，便于理解）：

整流橋臂： 由四只開關管（通常是MOSFET或IGBT）組成，開關動作非?？欤◣资綆装貹Hz）。

升壓電感： 輸入串聯電感，儲能和釋放能量。

控制環路： 檢測輸入電壓、電流和輸出電壓。

工作：

控制系統通過復雜的算法，控制開關管的開關時序和占空比。

在交流輸入的每個半周期內，使輸入電流波形緊緊跟隨輸入電壓正弦波形狀。

同時，將不穩定的整流后直流電壓提升到一個穩定的高直流母線電壓（如800V DC）。

就像用精細的抽水控制將一股亂流（脈動直流）精確地轉換成一股高水位的穩定水流（高壓直流），并且抽水效率極高（功率因數接近1）。

關鍵元件：

功率開關管 (MOSFET / SiC MOSFET / IGBT / Si IGBT)

升壓電感/輸入電感

輸出濾波電容（高壓大容量鋁電解電容或薄膜電容）

PWM控制器芯片

2. 隔離型DC/DC功率變換

拓撲： 目前主流采用全橋LLC諧振變換器拓撲（效率極高 - 可達97%以上，開關頻率高，實現軟開關，EMI低）或其變種（如CLLC，更適應寬輸出電壓范圍，特別是800V高壓電池平臺）。在高功率或特殊需求場合，也可能使用 移相全橋拓撲（成熟但效率略低于LLC）或 雙有源橋拓撲（常用于雙向充電）。

簡化工作原理（以全橋LLC諧振變換器為例）：

全橋逆變： 來自PFC級的直流母線電壓（如800V DC）經過四個開關管（通常是MOSFET或IGBT/SiC）組成的全橋電路，被轉換成高頻方波交流電（頻率由控制器決定，典型幾十到幾百KHz）。

諧振網絡： 這個方波電壓加到由諧振電感Lr、諧振電容Cr和變壓器勵磁電感Lm組成的LLC諧振網絡上。這個網絡的特性使得開關管能夠在零電壓下開通（ZVS）和零電流下關斷（ZCS），大大降低了開關損耗，提高了效率。

高頻變壓器：

變壓器在此起到兩個關鍵作用：電壓變換（根據匝比升壓或降壓）和電氣隔離（安全）。

高頻工作（相比工頻）可以大大減小變壓器的體積和重量。

整流與輸出濾波：

變壓器次級的高頻交流電，經過同步整流（用MOSFET代替二極管，進一步降低損耗）或二極管整流，被轉換回直流電。

輸出的直流電再經過濾波電容（通常為多顆低ESR/ESL的電解電容或薄膜電容并聯），濾除紋波，得到平滑穩定的直流輸出。

控制調節： DC/DC控制器接收主控系統的命令（目標電壓Vref和電流Iref），通過調節開關頻率（LLC的主要控制方式是變頻）來精確控制輸出電壓和電流。電壓和電流反饋環路確保輸出嚴格跟隨設定值。

關鍵元件：

功率開關管（原邊全橋：通常MOSFET/SiC MOSFET；副邊同步整流：MOSFET）

諧振電感 Lr、諧振電容 Cr

高頻變壓器 T

輸出濾波電容

DC/DC PWM/PFM 控制器芯片 (控制LLC頻率)

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