充电桩EVHEV电源技术及其磁元件技术设计培训

HEVEVHV充电桩・EV/HEV电源技术及其磁元件技术设计培训邵革良主讲中国电源学会专家委员会委员电源学会磁技术专业委员会委员2016/7/30上海2016/8/25深圳2016开关电源技术巡回培训田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心新能源汽车（EV·HEV·FCV）充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训HVHybridVehicleHEVHybridElectricVehicleEVElectricVehicleFCVFuelCellVehiclePCUPowerControlUnit电驱ECUElectronicControlUnit电控田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心新能源汽车（EV·HEV·FCV）充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心（HV）・EV・HEV中的AC/DC、DC/DC、DC/AC充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训DC/DCAC/DC空调ECUEVECU电机刹车油压电动泵电池监测电池电池监测电池动力电池BMS刹车加速档位空压机DC/AC直流桩交流桩交流输出加热器电驱PCUDC/DCEV/HEV内部电源示意图发动机辅助电池发电机田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心车载电源、充电桩电源的电路特点充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训高效率·宽温度·高密度车载电源充电桩高性价比宽电压范围高电流电压控制精度（直流桩）大功率良好电磁兼容性电网谐波质量控制可靠性抗震动、密封性小体积、轻重量极致的电磁兼容性高可靠性PFC电源技术iACVACiLGRVVinVo田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心iLVinGRVCRMPFC单相PFC电源技术电感量纹波电流iLVinGRVCCMPFC快恢复电流零电流开通开关频率高次谐波EMC器件损耗电感损耗成本其他（尺寸、器件）两种PFC控制模式的特点对比特征因素关注点效率充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训iL1iL2iL1+iL2交错驱动大幅减小输入电流高频纹波→2只小感值L实现低纹波→减半的电流大幅降低电感成本6KW交错CCMPFC实测波形350uH/30A×２双路、多路交错并联PFC技术田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训PFC电路技术特点田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心双路、多路交错并联PFC技术iL1iL2iinVo180°InterleavePFCiL1iL2iL3iinVo120°InterleavePFCDutyΔIINΔIL交错并联的本质目的：大功率低成本电流＝1/N感量＜L（2~4Φ：70%、50%、30％）充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训PFC电路技术特点田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心单相、三相无桥、三电平无桥PFC技术单相全桥整流单相无桥整流三相无桥整流无桥PFC的本质目的：提高电源效率高次谐波抑制（IEC61000-3-2）升压・稳压充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训高次谐波控制方案：（单相）无桥CCMPFC方案各种单相无桥PFC(CCM)Vienna(3-Level)(3-Level)L/2@IsinpkIINL@IsinpkIIN/2L/2@IsinpkIINL/2@IsinpkIIN田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训高次谐波控制方案：（单相→三相）无桥CCMPFC方案三相三电平无桥PFC(CCM)Vienna(3-Level)(3-Level)田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心DC/DC电源技术-----全桥LLC电路及其大功率化全桥LLC电路工作原理及其特点FirstHarmonicApproximation(FHA)method充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心全桥LLC电路工作原理及其特点FB-LLCV𝑜=𝑀𝑔∙1𝑛∙𝑉𝑖𝑛=𝑀𝑔(𝑓𝑛,𝐿𝑛,𝑄𝑒)∙1𝑛∙𝑉𝑖𝑛𝑽𝒊𝒏𝑽𝒐𝑓𝑛=𝑓𝑠𝑤𝑓0𝐿𝑛=𝐿𝑚𝐿𝑟𝑄𝑒=Τ𝐿𝑟𝐶𝑟𝑅𝑒𝑀𝑔=𝐿𝑛∙𝑓𝑛2𝐿𝑛+1∙𝑓𝑛2−1+𝑗(𝑓𝑛2−1)∙𝑓𝑛∙𝑄𝑒∙𝐿𝑛𝐿𝑟𝐶𝑟𝐿𝑚充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心全桥LLC电路工作原理及其特点FB-LLC易高频化、高功率密度更好的EMC兼容性采用MOSFET宽电压范围设计控制较复杂铁氧体变压器励磁感量要求不利变压器设计谐振电感电流波形对电感设计的影响LLC𝐿𝑛越大，效率越高，输出增益越小，不利于宽范围𝐿𝑚，𝐿𝑟，𝐶𝑟精确取值，用于设定增益，谐振频率箱谐振电感1、3象限工作，高频峰值、有效值电流大充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心全桥LLC电路交错并联实现大功率200~750Vdc~20A/15KW高频、高效率高性价比高功率密度宽范围控制困难难以实现更大容量+400V-400V优点：高频、高效率、良好EMC、副边电压电流开关应力小，特别适合高输出电压电源缺点：控制输出增益和电源效率的矛盾难以解决！谐振电感、变压器励磁电感均需要严格精度控制，必须采用励磁线绕制，不利于高功率设计大功率化的途径90°交错并联技术充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心移相全桥的工作原理与特点FB-ZVS必须优点：变压器漏感、谐振电感剩余能量被返回DC母线，效率高；电压方波、电流梯形波功率传输，电压、电流赢利小变压器不需要气隙，有利于磁元件功率密度的提升缺点：输出二极管寄生电容能量必须被消耗EMC效果较差、磁元件高频损耗高不利于高电压输出的电源电路特征主动臂、被动臂的区别ZVS的范围取决于被动臂Coss与谐振电感的能量原边始终有两只MOS开通2次侧二极管寄生电容的影响（损耗、EMI）原边存在占空比丢失现象副边实现功率的方波传输充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心改进型移相全桥适合于充电桩的移相全桥改进方案200~750Vdc宽范围大容量高效率7.5~15KW充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心移相全桥的交错并联---大功率的实现适合于充电桩的SIC移相全桥高频（100~200KHz）方案200~750Vdc~40A/30KW宽输出电压范围高频、高效率高性价比高功率密度超大容量900VSIC耦合式磁集成充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心3KW高功率密度服务器电源方案无桥交错并联PFC全桥LLC同步整流磁集成42~58VdcLrCrLm充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训大功率AC/DC电源的热点应用田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心EV/HEV车载充DC/DC电源方案13.8Vdc200A磁耦合式磁集成技术150~420Vdc交错BOOST全桥移相FB-ZVSCDR同步整流动力电池启动电池超高功率密度低损耗变压器最新3KW级超高效率的混动车载DC/DC方案磁耦合式磁集成技术充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心15KW级充电桩电源模块方案三相Vienna+交错LLC充电桩方案200~750Vdc20A充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训大功率磁元件主要电气性能指标田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心PFC电路EMI滤波器技术单相共模滤波单相共模+差模滤波三相共模滤波充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训EMI滤波电感电气性能指标田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心EMI滤波器电感阻抗特性Z-f@150KHz~30MHz,~100MHz电感特性L-f@1KHz，100KHz~1MHz最低谐振频率fSRF≥1MHzorHigher饱和共模电流ISatHigherisBest差模电感LNORHigherisBest总体损耗PLossPcoil(LF)+Pcore(HF)差模电流共模电流差模磁通共模磁通充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心滤波电感电气指标与EMI效果影响电感并联谐振后移提升电感量改善高频Q,控制寄生C及串联谐振点传导干扰辐射干扰电感阻抗特性与EMC兼容性充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训EMI滤波电感电气性能指标高频电感的电气性能指标田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心高频电感的电气性能指标电感电流特性L-IL-I@0A,Irating,Isat电感阻抗特性Z-f@100KHz~30MHz最低谐振频率fSRF≥1MHzorHigherDCR&Q总体损耗PLossPcoil+PcoreⓇEMC性能纹波控制EMC控制损耗设计充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训高频电感的电气性能指标田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心高频电感的电气性能指标ⓇInput220Vacf:40KHzOutput380Vdc/3.8KWInput220Vacf:40KHzOutput380Vdc/3.8KWSpikeBlocker®充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心磁路、磁通密度、磁感应强度、电感、变压器定义及基本模型iV+-φ＝B・Ae安倍环路定律N𝒊・𝑁=𝐻・𝑙e=Um法拉第电磁感应定律V＝𝑁・𝑑𝜑𝑑𝑡＝N・Ae・𝑑𝐵𝑑𝑡磁通连续性定律φ1φ2φ3φ1=𝜑2＋𝜑3𝑙1𝑙2δB＝μ・H＝μ0μrHUm=𝐻・𝑙e=𝐵μ0μr・𝑙e=𝜑・𝒍eμ0μr𝑨𝒆定义磁路欧姆定律磁阻Rφ充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训磁元件技术理论基础磁设计基本理论田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心磁路、磁通密度、磁感应强度、电感、变压器定义及基本模型V1𝝋𝑵𝟏𝑵2V2V1＝𝑵𝟏・𝒅𝝋𝒅𝒕RL+-V2＝𝑵𝟐・𝒅𝝋𝒅𝒕𝒗𝟏𝒗𝟐＝𝑵𝟏𝑵𝟐𝑵𝟏・𝒊𝟏+𝑵𝟐・𝒊𝟐=𝝋・R=𝟎𝒊𝟏𝒊𝟐＝−𝑵𝟐𝑵𝟏理想变压器安倍环路定律Um=𝒊・𝑁Um=𝜑・𝒍eμ0μr𝑨𝒆=𝜑・R磁路欧姆定律磁阻电感定义L=𝑵𝝋𝒊=𝑁2・1/R=𝑁2・μ0μr𝑨𝒆𝒍e𝜑=𝒊・𝑁/RAL充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训磁设计基本理论田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心磁路、磁通密度、磁感应强度、变压器定义及基本模型LmRmRtxLkpCpCpsLks变压器模型例TxLmTxLKLmTxLKCpTxCpCp电气设计简化模型EMI分析简化阻抗频谱分析充电桩・EV/HEV电源及其磁元件技术设计培训磁设计基本理论田村（中国）企业管理有限公司上海技术研发中心磁元件的基本概念【磁芯】BH特性、磁饱和、磁损耗、气隙、磁耦合和漏磁δgapBSμe50→2300（Nogap）μΔH(A/m)L=𝑁2・μ0μr𝑨𝒆𝒍e=N𝑨𝒆・μ0μr・𝑵𝒍eH=𝑵𝑰𝒍e充电桩・EV/HEV电源及其