曾工 发表于 2023-12-23 16:31:39

大功率Vienna PFC+LLC电路拓扑的方案

Vienna PFC+LLC电路是一种高效、高功率密度的电源拓扑,常用于电动汽车充电桩等大功率应用中。它结合了维也纳整流器(Vienna Rectifier)的功率因数校正(PFC)和LLC谐振转换器的特性,能够提供高效率、高性能的功率转换。

Vienna PFC(维也纳整流器):
Vienna PFC是一种三相功率因数校正整流器,能够从三相交流电源中提取电能,并在输入端实现功率因数校正。它结合了两个单桥反向器,能够提供更高的功率因数校正和更低的谐波失真,有助于充电桩从电网中更有效地提取电能。

LLC谐振转换器:
LLC谐振转换器是一种谐振型电源转换器,能够提供高效率和高频率的功率转换。它由电感(L)、电容(C)和磁性元件(L)构成,通过LLC谐振的方式进行功率转换,减少了开关损耗,并且能够实现零电压开关(ZVS)或者零电流开关(ZCS)的操作,减少了功率转换过程中的损耗。

Vienna PFC+LLC电路优势:
高效率:结合了维也纳整流器的功率因数校正和LLC谐振转换器的高效特性,整体能够实现高效的功率转换。
高功率密度:这种拓扑结构能够在相对较小的体积内实现较高的功率输出,适用于需要大功率的充电桩应用。
减少电网谐波和失真:Vienna PFC部分能够减少对电网的谐波污染,提高系统的电磁兼容性。
这种拓扑结构整合了维也纳整流器和LLC谐振转换器的优势,为大功率应用(如电动汽车充电桩)提供了一种高效、可靠的电源解决方案。

充电桩大功率Vienna PFC+LLC电路拓扑是一种高效的充电电路拓扑,具有以下特点:
[*]PFC部分:采用Vienna PFC电路拓扑,能够实现功率因数校正,提高电能利用率。同时,该部分采用碳化硅器件作为开关管,具有高温时导通电阻增加较少、开关损耗较小的优点,能够提高工作频率,有助于输入线圈的小型化。
[*]LLC部分:采用LLC电路拓扑,能够实现宽范围的高效率输出。该部分采用碳化硅器件作为开关管和整流管,具有高耐压、高速开关的优点,能够减小功率器件数量、节省空间、简化电路、降低故障率。同时,LLC电路拓扑的优点还包括易于实现软开关、减小电磁干扰等。
综上所述,Vienna PFC+LLC电路拓扑在大功率充电桩中具有高效、小型化、可靠性高等优点,是未来充电基础设施的重要发展方向之一。

Vienna整流+LLC构成了充电桩的基本电路。如果考虑设备成本,罗姆推荐使用硅器件、FRD(快恢复二极管)方案;如果需要高功率密度和高效率,则推荐使用碳化硅 MOS/SBD方案。

PFC部分更适合使用碳化硅器件,理由有二:其一,高温时导通电阻增加较少,能实现高效率,同时可抑制发热,使用更小的散热板;其二,碳化硅器件的恢复损耗非常小,开关损耗较小,能够提高工作频率,有助于输入线圈的小型化。作为硅器件解决方案,也可以使用具有高速开关的罗姆SJ-MOSFET“R65xKN系列”以及IGBT“RGW系列”。

Vienna PFC拓扑推荐器件

其次,对于LLC部分,罗姆通过高耐压1200V 碳化硅MOS来削减部件个数。通过将1200V 碳化硅MOS应用于LLC部分,可以将Stack型的LLC电路变更为下述Single型。具备高耐压、高速开关特点的碳化硅器件给Single LLC带来以下优点:

[*]减少功率器件数量,节省空间,简化电路,降低故障率;
[*]减少控制元件数量,简化驱动电路,减少MCU使用数、减少端口数。



碳化硅MOS可以实现Single LLC的优势
针对双向充电桩:面向三相B6-PFC电路拓扑的解决方案
罗姆针对双向充电桩的三相B6-PFC拓扑的方案使用1200V 碳化硅MOS,它具有以下优点:

[*]受高温影响小
[*]高速恢复性能有助于可实现输入线圈、绝缘变压器的小型化
[*]抑制偏共振时的破坏风险

20kW以下使用1200V开关元器件,例如高效率的碳化硅MOSFET “SCT3xxxKx(1200V/17-95A)”或标准IGBT “RGSxxTSX2”。在20kW以上的应用中,可以选择全碳化硅功率模块“BSMxxxD1xPxCxxx/Exxx/Gxxx(1200-1700V/80-600A/Half-Bridge)BSMxxxD1xPxCxxx/Exxx/Gxxx(1200-1700V/80-600A/Half-Bridge)”,实现双有源桥谐振变换器(绝缘双向DC-DC)。

三相B6-PFC+双有源桥电路拓扑推荐器件
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