直流充电桩电源模块,充电桩模块电路-KIA MOS管

直流充电桩模块

充电桩核心是一个基本的AC-DC转换器。它由PFC级、直流母线和DC-DC模块组成。

PFC级功能框图：

DC-DC模块功能框图：

直流充电桩的功率转换核心通常由一个或多个功率模块构成。一个典型的“充电桩功率模块”（例如15kW模块）内部电路包含整流+PFC和DC/DC变换两级功率电路。

1. 整流与有源功率因数校正 (AC/DC with PFC)

拓扑： 目前主流采用三相VIENNA整流器拓扑（因其效率高、功率因数好、开关应力较低）或 三相图腾柱无桥PFC拓扑（后起之秀，效率最高，但控制复杂）。

简化工作原理（以单相图腾柱PFC示意，便于理解）：

整流桥臂： 由四只开关管（通常是MOSFET或IGBT）组成，开关动作非常快（几十到几百KHz）。

升压电感： 输入串联电感，储能和释放能量。

控制环路： 检测输入电压、电流和输出电压。

工作：

控制系统通过复杂的算法，控制开关管的开关时序和占空比。

在交流输入的每个半周期内，使输入电流波形紧紧跟随输入电压正弦波形状。

同时，将不稳定的整流后直流电压提升到一个稳定的高直流母线电压（如800V DC）。

就像用精细的抽水控制将一股乱流（脉动直流）精确地转换成一股高水位的稳定水流（高压直流），并且抽水效率极高（功率因数接近1）。

关键元件：

功率开关管 (MOSFET / SiC MOSFET / IGBT / Si IGBT)

升压电感/输入电感

输出滤波电容（高压大容量铝电解电容或薄膜电容）

PWM控制器芯片

2. 隔离型DC/DC功率变换

拓扑： 目前主流采用全桥LLC谐振变换器拓扑（效率极高 - 可达97%以上，开关频率高，实现软开关，EMI低）或其变种（如CLLC，更适应宽输出电压范围，特别是800V高压电池平台）。在高功率或特殊需求场合，也可能使用 移相全桥拓扑（成熟但效率略低于LLC）或 双有源桥拓扑（常用于双向充电）。

简化工作原理（以全桥LLC谐振变换器为例）：

全桥逆变： 来自PFC级的直流母线电压（如800V DC）经过四个开关管（通常是MOSFET或IGBT/SiC）组成的全桥电路，被转换成高频方波交流电（频率由控制器决定，典型几十到几百KHz）。

谐振网络： 这个方波电压加到由谐振电感Lr、谐振电容Cr和变压器励磁电感Lm组成的LLC谐振网络上。这个网络的特性使得开关管能够在零电压下开通（ZVS）和零电流下关断（ZCS），大大降低了开关损耗，提高了效率。

高频变压器：

变压器在此起到两个关键作用：电压变换（根据匝比升压或降压）和电气隔离（安全）。

高频工作（相比工频）可以大大减小变压器的体积和重量。

整流与输出滤波：

变压器次级的高频交流电，经过同步整流（用MOSFET代替二极管，进一步降低损耗）或二极管整流，被转换回直流电。

输出的直流电再经过滤波电容（通常为多颗低ESR/ESL的电解电容或薄膜电容并联），滤除纹波，得到平滑稳定的直流输出。

控制调节： DC/DC控制器接收主控系统的命令（目标电压Vref和电流Iref），通过调节开关频率（LLC的主要控制方式是变频）来精确控制输出电压和电流。电压和电流反馈环路确保输出严格跟随设定值。

关键元件：

功率开关管（原边全桥：通常MOSFET/SiC MOSFET；副边同步整流：MOSFET）

谐振电感 Lr、谐振电容 Cr

高频变压器 T

输出滤波电容

DC/DC PWM/PFM 控制器芯片 (控制LLC频率)

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