MCU控制板 TC233
功率板
二、车载双向OBC（续）
关注桥电路上下MOS / IGBT驱动：
1. 驱动电路布线，防止干扰引起的直通故障 2. 驱动电路：负压关断（-5V） 3. MCU与功率电路隔离驱动
桥式电路
自举浮地驱动的干扰问题
关断电压：0V
1. 驱动回路、功率回路，地 线布局，避免干扰。 2. -5V关断
200V-400V
±2V
充电方式
保护 接口 工作环境温度 冷却方式 电流精度/ 分辨率
恒流、恒压 根据电池容量可设定
过压、过流、短路、过温 CAN通讯接口，变换器工作 状态信息输出 -40°～+85°C 水冷 3 % / 200mA <±0.2A
95% @ 220Vac 92% @ 115Vac
98% >0.99 @120VAC >0.98 @230VAC 32A Max
1.shorten the charging time from eight to two hours, 2. reduce the cost by around $2,000.
——Chalmers University of Technology in Sweden.
BCTS工作模式
车载充电（OBC）
典型效率：92%
三、车载DC/DC转换器（续）
（2）移相全桥ZVS变换器
特点
MOS：ZVS有利高效率
Co
副边有电压过冲 电感Ld大电流（220A！）(图 台程朝达对应电感） Ip有环流，变压器发热 一级变换 宽范围调节 输出纹波小，Co的ESR要求低 典型效率：94%
三、车载DC/DC转换器（续）
每一级电路高效率
一、高性能车载OBC（续）
电路拓扑：主流方案
* PFC—满足网侧要求：PF、THD、宽范围电网 * DC/DC —电气隔离、电池端压宽范围 * 每一级电路高效率
一、高性能车载OBC（续）
电路结构(新..)
3.3kW高效率OBC
技术性能
功率 输入电压范围 功率因数（PF） 输入电流THD 额定输出电压 输出电压范围 输出电流范围 整机效率 工作模式 保护功能 支持CAN通讯 85-265V(AC) >0.99（典型值） <4% 360V（DC） 200-400V(DC) 0-12A 96.3% （典型值）
核心元器件器件（英飞凌）
serial number
1 2
二、车载双向OBC（续）
type
IKW40N65F5A TC233
Main characteristic
快速IGBT 40A 650V Aurix MCU
quantity
12 1
4 5
6 7
2ED020I12 AUIRS2191S
AUIRB24427S IPW65R048CFDA IPW65R080CFD
固有谐振频率( fr )计算
折算：
总电容： 固有频率：
英飞凌驱动IC
反向变换效率
英飞凌MCU：TC233
王正仕：wzs@ ,
二、车载双向OBC（续）
Cr2电压波形（正限），变压器VTran波形
：
双向LLC变换器波形 :变压器副边电压Vs、谐振电流 Is Vs
二、车载双向OBC（续）
Байду номын сангаас
LLC设计要点
1. 效率优化点fo：位于 f2 附近 2.变压器变比 Np:Ns, Vd/Vo,考虑电压与负载宽适应范围
3. Lm:Lr, 结合宽范围要求
4. Lr&Cr, 考虑谐振Q值、Cr耐压
w2 = 1/ Lr ? Cr
注意：Cr耐压要求，随工作频率fs增大而下降【Epcos电容器】
谐振电容Cr
模块化
汽车级器件 数字化控制
技术指标
内容 输入电压 输入电流 指标 85V -265V AC/45-65Hz 24-30A （32A Max） 内容 电流纹波 最大输出功率
二、车载双向OBC（续）
指标 1A pk-pk 6.6kW @230VAC，3.3kW @115VAC
输出电压
电压精度/分辨率 系统效率 PFC效率 功率因数（PF） 最大输出电流
负压关断驱动&IGBT电压波形
Vds Vgs2
Vgs1
OBC新趋势（1）——驱动充电一体机
电路结构(新方案..)
1.电机驱动 & OBC合用一套电路
2.大功率便于快速充电
3.具有双向功能（AC电源或V2G）
一、高性能车载OBC（续）
电路结构(非主流、新..)
功率传递
The Bidirectional Charge- and Traction-System (BCTS)
内容：汽车零件资质与质量标准
要点：
温度范围：-40°C~125°C； -40°C~150°C（发动机周边） 防水 震动冲击 粉尘发霉 稳定性 & 安全性 灵敏度 寿命：15年20万公里 。。。
电动汽车电机驱动与电池充电系统
驱动逆变器 OBC
AC慢充
地面充电桩充电
DC快充
电动汽车电池电压
“*”为优选电压等级
CCM 过谐振( fs >= fo ) Vtran Isec
变压器电压Vtran如何选取 ？【最低频率点？】
DCM 欠谐振( fs < fo ) Vtran
Isec
常见问题：N取值过大（保守），导致变压器尺寸过大。
一、高性能车载OBC（续）
ZVS
ZCS
LLC变换器的零电压开通 & 零电流关断
MOS：ZVS
电动汽车车载充电机(OBC)与车载DC/DC转换器
王正仕
（wzs@） 浙江大学电气工程学院 电力电子技术研究所
中国电源学会
“新能源汽车充电与驱动技术”专题研修班 杭州，2017年10月22日
内 容
一、高性能电动汽车车载充电机(OBC)电路
二、双向充电机(Bi-OBC）技术方案
三、车载DC/DC转换器电路拓扑比较
地面充电桩充电
一体机方案1
700V
400V / 100A
一体机方案2
700V
400V / 100A
800V
OBC新趋势（2）——SiC器件800V OBC
SiC器件 + 800V系统 双向OBC
目标：更高效率：97-98%，更高功率密度（高频）
800V
300k~500kHz
OBC新趋势（3）——新电路拓扑
Vo / Vi
Lm
Re
Vo
f1
f2
ws / wo
Re jLm Vo Re // jLm Re jLm 1 Re jLm 1 Vi jLs Re // jLm jLs jC s jC s Re jLm
1.可升/可降 2.增益更陡
一、高性能车载OBC（续）
一、高性能车载OBC（续）
电路方案2：无桥式PFC+LLC
无桥PFC适合宽范围电网电压，有利于110Vac应用的高效率
无桥PFC的两个缺点
一、高性能车载OBC（续）
1.共模EMI大 2. 霍尔电压传感器，价格高
LEM
AC电压检测
贵
一、高性能车载OBC（续）
解决无桥PFC的EMI
一、高性能车载OBC（续）
一、高性能车载OBC（续）
内容
3.3kW @220V(AC) ;1.6kW @110V(AC)。 6.6kW, 9.9kW
恒压、恒流（@ BMS指令或预设充电曲线） OVP、OCP、OLP、OTP 变换器工作状态与故障诊断
一、高性能车载OBC（续）
电路方案1：传统桥式PFC+LLC
桥式PFC适合高电网电压，不利于110Vac系统应用的高效率
….800V...
电气隔离绝缘：电池包
电池瓶颈：1.里程焦虑（容量） 、 2.充电焦虑（方便快速）
150公里 / 400公里 30分钟 / 10分钟
充电难题：1.大功率/技术（快速）、2.方便/政策（点多）
150kW / 350kW
一、高性能车载OBC
OBC电路结构
PFC—满足电网侧要求：PF、THD、宽范围电网 DC/DC —电气隔离、电池端压宽范围
fs>=fo
注意：单向 & 双向LLC的变压器电压波形不同
fs<fo
双向LLC变换器的效率 / 正向
二、车载双向OBC（续）
双向LLC变换器的效率 / 反向
二、车载双向OBC（续）
二、车载双向OBC（续）
6.6kW 双向OBC机壳
6.6kW 双向OBC电路
IGBT
水冷散热器 （内装磁芯元件）
四、充电桩电力电子变换器方案
王正仕：wzs@ ,
一、高性能电动汽车车载充电机电路
On-Board-Charger (OBC)
王正仕：wzs@ ,
车载设备与汽车级电子元器件
AEC标准：汽车级电子元器件&部件
AEC100 为有源器件，AEC200为无源器件 A（Automotive） E（Electronics） C（Council） 发起委员会：克莱斯勒、通用、福特
单级变换：PFC与DC/DC二合一 / 单级PFC 价格更低，体积更紧凑
三、车载DC/DC转换器电路拓扑比较
三、车载DC/DC转换器（续）
（1）全桥PWM硬开关变换器
特点
硬开关工作，效率较低
Co
副边有电压过冲（选高电压 MOS,Rds-on大） 电感Ld大电流（220A！） 一级变换 宽范围调节 输出纹波小，Co的ESR要求低