MOS管在电动汽车多功能充电变流器中的解决方案

一、电动汽车多功能充电变流器       近年，无论是股市趋势还是政策偏向，都将焦点聚焦在了新能源领域上。电动汽车作为新能源领域最被看中的产业，正在时代机遇的风口上，连刚上任的拜登都推翻前任特朗普鼓励继续使用汽油发动机的法规，决心将近65万政府车队全部换成电动汽车。随着电动汽车行业的蓬勃发展，车载电子设备呈小型化、集成化、高功率密度化的趋势发展。
       2020年，Li Shi Xiang设计了一种电动车多功能充电变流器，该变流器可以通过四个模式选择开关，切换不同的工作模式。采用“拓扑复用”的方法，不同功能之间可以共用一套功率电子元器件和控制系统，实现了车载充电系统的小型化、轻量化，提高了充电系统的经济性。
【多功能充电变流器整体框架图】
二、系统主电路设计思路及参数设计       系统的前级APFC部分采用交错并联Boost PFC拓扑并以CCM模式下的平均电流法作为前级控制策略，后级多功能DC/DC部分采用全桥LLC谐振变换器拓扑，并采用PFM-Burst控制策略。
各电路主要参数前级APFC电路：

[*]输入电压范围：176~264V
[*]输出电压：400V
[*]功率因数：≥99%
[*]电感L1=L2=124.6μH
[*]MOS管：VDS=600V，ID＞18A
[*]功率二极管：IF=10A，VRRM=650V
[*]控制芯片：UCC28070
[*]互感器：B82801B205A100，匝比1:100，电感2.2mH


后级多功能DC/DC部分

[*]OBC功率回路：输出额定电压330V，输出最大电流10A
[*]DC/DC功率回路：输出电压14V，输出最大电流100A
[*]全桥逆变中功率场效应管：VDS=600V，ID大于等于22.8A
[*]次级整流二极管：VRRM=650V，IFAV=10A
[*]自驱动同步整流中功率场效应管：VDS=40V，ID=100A
[*]绕组：①原边单股N=25匝②副边单股 N1=21匝③副边10股并绕 N2=1匝


前级交错并联Boost PFC电路
【前级交错并联Boost PFC电路】       交错并联Boost PFC电路在保留单路Boost PFC电路优点的同时，降低了MOS管的功率耗损，减小了输出滤波电容的应力，使PFC电路的模块化更容易实现。
       电路选用的开关管耐压为600V，最大电流应大于18A，此处可使用VBsemi微碧的NMOS管VBP16R47S，VDS=600V，ID=47A导通电阻RDSon=70mΩ。
可选用的VBsemi微碧半导体场效应管型号：①VBP16R47S②VBP16R47SFD
【适用的VBsemi微碧MOS管型号参数】






后级多功能DC/DC模式部分 【全桥LLC谐振变化器拓扑结构划分】


【多功能DC/DC变换器框图】
       当动力电池需要充电时，闭合开关S1和S2，断开S3和S4，通过OBC功率回路，输入交流电220V，经过前级功率因数校正电路输出的高压直流电，再通过后级多功能DC/DC变换器的第一组输出线圈经整流后给动力电池充电；
       当汽车启动时，闭合开关S3和S4，断开S1和S2，通过DC/DC功率回路，以动力电池输出的高压直流电为输入源，经多功能DC/DC变换器降压后再给辅助电池充电。
       全桥逆变中使用的MOS管需要耐压600V，承受电流大于等于22.8A，可以选用VBsemi微碧的NMOS管VBP16R47S，VDS=600V，ID=47A导通电阻RDSon=70mΩ。
【自驱动同步整流原理图】
       相对于OBC模式输出的是高压，DC/DC模式输出为低压、大电流，因此次级整流需要采用自取同步整流，在不增加额外元器件、不改变LLC变换器工作状态的情况下实现同步整流，此处可以采用VBsemi微碧半导体的NMOS管VBQA1401，VDS=40V，ID=100A，导通电阻RDSon=1mΩ。
可选用的VBsemi微碧半导体场效应管型号：①VBQA1401②VBM1405③VBL1405④VBED1402⑤VBNC1402
【适用的VBsemi微碧MOS管型号参数】

三、微碧半导体MOS管封装及应用       微碧半导体企业主要产品的封装有：SOP-8 、TO-220（F）、TO-263、TO-247、TO-252、TO-251、SOT-23、SOT-223、SOT-89、QFN、AO3400、IRF540、IRF630等系列封装产线。 【微碧部分MOS管产品封装】
       广泛应用于3C数码、安防设备、测量仪器、广电教育、家用电器、军工/航天、可穿戴设备、汽车电子、网络通信、物联网IoT、新能源、医疗电子、照明电子、智能家居、电脑主板显卡、MID\UMPC 、GPS、蓝牙耳机、PDVD、车载DVD、汽车音箱、液晶显示器、移动电源、手机电池（锂电池保护板）、LED电源等产品。微碧半导体有限公司以饱满的激情，拼搏务实的干劲，不断创新进取，致力于为客户群体打造出一座高效、便捷、直通、优质的服务桥梁。
四、参考文献李石祥. 电动汽车多功能充电变流器的设计与实现.电子科技大学,2020.陈吉清,邱泽鑫,兰凤崇,郭慧.纯电动汽车车载充电技术的发展研究.科技管理研究,2015,35(16):36-40.黄菊花,丁湘粤,曹铭.集成式车载充电机的研究.电源技术,2014,38(12):2430-2432.邢勇,杨玉岗.LLC谐振变换器自驱同步整流方案.电源技术,2011,35(07):838-840.