ZHCU677E June   2019  – April 2024 TMS320F28P550SG , TMS320F28P550SJ , TMS320F28P559SG-Q1 , TMS320F28P559SJ-Q1

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   资源
  4.   特性
  5.   应用
  6.   6
  7. 1系统说明
    1. 1.1 主要系统规格
  8. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 重点产品
      1. 2.2.1  UCC21710
      2. 2.2.2  UCC14141-Q1
      3. 2.2.3  AMC1311
      4. 2.2.4  AMC1302
      5. 2.2.5  OPA320
      6. 2.2.6  AMC1306M05
      7. 2.2.7  AMC1336
      8. 2.2.8  TMCS1133
      9. 2.2.9  TMS320F280039C
      10. 2.2.10 TLVM13620
      11. 2.2.11 ISOW1044
      12. 2.2.12 TPS2640
    3. 2.3 系统设计原理
      1. 2.3.1 双有源电桥与电源系统的类比
      2. 2.3.2 双有源电桥 - 开关序列
      3. 2.3.3 双有源电桥 - 零电压开关 (ZVS)
      4. 2.3.4 双有源电桥 - 设计注意事项
        1. 2.3.4.1 漏电感器
        2. 2.3.4.2 软开关范围
        3. 2.3.4.3 电感对电流的影响
        4. 2.3.4.4 相移
        5. 2.3.4.5 电容器选型
          1. 2.3.4.5.1 直流阻断电容器
        6. 2.3.4.6 开关频率
        7. 2.3.4.7 变压器选择
        8. 2.3.4.8 SiC MOSFET 选型
      5. 2.3.5 损耗分析
        1. 2.3.5.1 SiC MOSFET 和二极管损耗
        2. 2.3.5.2 变压器损耗
        3. 2.3.5.3 电感器损耗
        4. 2.3.5.4 栅极驱动器损耗
        5. 2.3.5.5 效率
        6. 2.3.5.6 散热注意事项
  9. 3电路说明
    1. 3.1 功率级
    2. 3.2 直流电压检测
      1. 3.2.1 初级侧直流电压检测
      2. 3.2.2 次级侧直流电压检测
        1. 3.2.2.1 次级侧电池电压检测
    3. 3.3 电流检测
    4. 3.4 电源架构
      1. 3.4.1 辅助电源
      2. 3.4.2 栅极驱动器辅助电源
      3. 3.4.3 检测电路的隔离式电源
    5. 3.5 栅极驱动器电路
    6. 3.6 附加电路
    7. 3.7 仿真
      1. 3.7.1 设置
      2. 3.7.2 运行仿真
  10. 4硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 4.1 所需的硬件和软件
      1. 4.1.1 硬件
      2. 4.1.2 软件
        1. 4.1.2.1 软件入门
        2. 4.1.2.2 引脚配置
        3. 4.1.2.3 PWM 配置
        4. 4.1.2.4 高分辨率相移配置
        5. 4.1.2.5 ADC 配置
        6. 4.1.2.6 ISR 结构
    2. 4.2 测试设置
    3. 4.3 PowerSUITE GUI
    4. 4.4 实验
      1. 4.4.1 实验 1
      2. 4.4.2 实验 2
      3. 4.4.3 实验 3
      4. 4.4.4 实验 4
      5. 4.4.5 实验 5
      6. 4.4.6 实验 6
      7. 4.4.7 实验 7
    5. 4.5 测试结果
      1. 4.5.1 闭环性能
  11. 5设计文件
    1. 5.1 原理图
    2. 5.2 物料清单
    3. 5.3 Altium 工程
    4. 5.4 Gerber 文件
    5. 5.5 装配图
  12. 6相关文档
    1. 6.1 商标
  13. 7术语
  14. 8作者简介
  15. 9修订历史记录

1 系统说明

由联合充电系统和 CHAdeMO® 管理的电动汽车充电标准不断变更，并推动实现更快的电池充电速率（通常要求在充电站不到 30 分钟即为电动汽车充满电）。直流充电站通常属于 3 级充电器，可满足 120kW 至 240kW 之间的极高功率等级要求。这些直流充电站都是独立的单元，包含交流/直流和直流/直流功率转换级。充电站内堆叠了许多功率转换模块以提高功率等级，并实现快速充电。直流快速充电站不经过任何板载交流/直流转换器，为电动汽车的电池提供高功率的直流电流，这意味着电流直接流到汽车电池。如今，路上行驶的大多数电动汽车只能处理最高 50kW 的功率。而更新款的电动汽车能够以更高的功率充电。随着电动汽车的续航能力越来越强、电池越来越大，人们开发的直流充电解决方案能通过高达 250kW 或以上的快速充电站为续航距离远的电动汽车电池充电。

充电站中的直流/直流转换器必须能够在输入端接入三相 Vienna 整流器的整流总线电压（700V 至 800V），并在输出端与电动汽车的电池连接，从而提供额定功率。直流/直流转换器在许多终端设备中都有重要应用，图 1-1 展示了在充电站、太阳能光伏系统、储能系统和电动汽车牵引应用中的用例。

TIDA-010054 直流/直流转换器的作用图 1-1 直流/直流转换器的作用

直流/直流转换器必须能够处理大功率等级。除此之外，转换器必须模块化，使单个功率级转换器单元并联，从而将输出功率吞吐量按直流充电站标准的要求提高到更高水平。充电站的当前趋势正朝着能够处理双向功率流的转换器发展。车辆到电网 (V2G) 等新措施涉及电动汽车的电池与交流电网之间的功率传输。双向直流/直流转换器能够在正向工作模式下对电池进行充电，在反向工作模式下则可以将功率输送回电网，这可用于在峰值负载期间使电网保持稳定。

功率密度和系统效率是直流充电站中转换器的两个重要要求。在高开关频率下工作可以减小磁性元件的尺寸。通过改用更高的总线电压实现快速充电，可以在相同的电流水平下传输更多的功率。这有助于减小铜面积，从而提高转换器的功率密度。转换器还必须是高效的，因为这样可以显著节省成本并减小散热解决方案尺寸。散热解决方案尺寸减小，可直接使散热器小巧紧凑，而这反过来，又增加了转换器的功率密度。转换器还必须能够实现 ZVS（零电压开关）和 ZCS（零电流开关）等固有软开关，而不必添加任何可能影响功率密度的大型无源器件。

直流/直流转换器必须能够与锂离子电池或铅酸电池无缝连接，这两种电池广泛应用于电动汽车充电站中。直流/直流转换器还必须能够在高压侧与低压侧之间实现所需的电压转换，以及电隔离。

传统的开关器件在高电压开关速度方面存在限制，换言之，是器件的 dV/dt 能力有限。因为器件的开关切换时间更长，这种缓慢的斜坡过程增加了开关损耗。开关时间增加，也会使控制系统中防止击穿和短路所需的死区时间增加。为此，使用了较新的开关半导体技术（例如具有高电子迁移率的 SiC 和 GaN 器件）开发解决方案。本参考设计使用 SiC MOSFET 与 TI 的 SiC 栅极驱动器技术，展示其在效率和功率密度方面的潜在优势。

本文讨论分析了以下四种常见的拓扑：

  • LLC 谐振转换器
  • 相移全桥
  • 单相双有源电桥
  • CLLC 模式中的双有源电桥

根据该研究，本参考设计选择了双有源电桥，因为相对于其他同类拓扑，双有源电桥易于进行双向运行，并具有模块化结构、有竞争力的效率以及出色的功率密度。本参考设计的重点是克服在为电动汽车充电站设计高功率、双有源电桥直流/直流转换器时遇到的挑战。