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三相维也纳整流PFC电路,基于 Vienna 整流器的三相功率因数校正电路 高功率三相功率因数校正 维也纳整流电路,直流充电桩电路,新能源汽车,电动汽车,房车
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三相维也纳整流PFC电路,基于 Vienna 整流器的三相功率因数校正电路 高功率三相功率因数校正 维也纳整流电路,直流充电桩电路,新能源汽车,电动汽车,房车 直流充电桩 单相交流充电桩 三相交流充电桩 •Vienna整流是由瑞士联邦技术学院Johann W. Kolar 教授于1994年提出的一个优秀的三电平PWM整流器拓扑,其具有所需的开关器件少,单个功率器件所承受的最大电压为输出电压的一半,无需设置驱动死区时间,无输出电压桥臂直通问题等特点。 • 随着功率器件成本的降低,IGBT开关频率的提升,以及SiC器件的日趋成熟,因而引起国内外学者以及产业应用界对其拓扑结构及控制策略和方法以及应用场合研究的高度关注。目前在中国,许多UPS、充电桩行业的公司,产品设计已经开始用Vienna整流技术进行 PFC功率因素校正。 • 三电平Vienna整流的拓扑结构和形式多种多样,但基本的拓扑形式都是从”I”型三电平和”T”型三电平这两种三电平拓扑结构演化而来,目的是去掉其中一些开关器件,保留二极管,利用钳位电路形成PFC的功能,这样使得系统成本大大降低,同时也有了功率因素校正的功能,但是能量不能像全桥PWM整流器一样实现双向流动,不过在一些不需要能量双向流动的应用中,如UPS、充电桩等应用中,已经足够,接下来的问题是如何提高系统的功率密度和效率。 直流充电桩不可缺少的H5 IGBT新型Vienna整流模块 充电桩分交流和直流充电,分别俗称为慢充、快充。直流充电桩的一端与交流电网相连,通过三相维也纳整流功率模块将工频交流电转换为直流电,流经DC-LINK电容稳压滤波,然后通过逆变功率模块逆变为高频交流电,最后由变压器耦合及整流单元将其转换为不同的直流电压等级,为各种电动汽车充电。直流充电桩的典型电路拓扑结构如下图一所示。图1:直流充电桩电路拓扑结构 而直流充电桩的AC-DC整流部分,传统使用的Vienna整流拓扑结构使用大量的分立二极管和开关管搭建整流拓扑(如下图2所示)。其硬件电路拓扑由6个快速恢复二极管(D1~D3,D1‘~D3’)、3个升压电感、3个双向功率开关管(Sa,Sb,Sc)以及2组输出电容(C1,C2)等构成。不过受器件的开关频率和散热特性及参数选型时计算量大等因素影响,传统的Vienna整流拓扑结构在实际设计中采用率不高。图2:传统Vienna整流拓扑 •现介绍一款Vincotech最新推出的H5 IGBT新型Vienna整流拓扑模块方案,拓扑结构如下图3 所示。 •主要特点如下: •1)业内最先采用IGBT H5 与SiC Diode进行组合封装的模块, •2)斩波频率高,效率高,适合产品小型化 •3)应用于30-50KW的充电桩 •图3:Vincotech 推出新型Vienna整流拓扑 •Vincotech H5 IGBT 的Vienna整流模块,以规格为650V/100A的10-FZ071SA100SM02 -L526L18为例,在充电桩的应用中具有以下两大优势。 •1)模块内部集成超快速IGBT和可恢复升压开关保护二极管、DC-link电容器、温度传感器,模块化设计方案可减少充电桩的外围电子器件数量,且小型化封装可节省PCB面积 •2)模块内部升压二极管最高结温175℃,升压开关(IGBT)保护二极管最高结温175℃,整流二极管最高结温150℃,可满足汽车级应用温度条件。其中10-FZ071SA100SM02 -L526L18功率模块的产品实物图及原理图如图4所示,pin脚定义及规格参考件如下表1。 •图4:10-FZ071SA100SM02 -L526L18模块实物及原理图 使用 C2000 MCU 的双向交错式 CCM 图腾柱无桥 PFC 参考设计 交错式 CCM 图腾柱无桥功率因数校正 (PFC) 参考设计 效率为 98.6% 且适用于 HEVEV 车载充电器的 6.6kW 图腾柱 PFC 参考设计TIDA-01604 TIDM-1000使用 C2000 MCU、基于 Vienna 整流器的三相功率因数校正参考设计 核心技术优势 三相维也纳,可以实现AC/DC DC/AC双相逆变,主要用于大功率充电桩等前级应用。ST新一代数字电源控制芯片STM32G474,实现纯数字控制,灵活配置。方案尺寸小,频率高达100KHz。控制芯片可以输出12路高精度PWM,频率可以配置2-3级拓扑。方案规格 三相三电平双向AC/DC转换。AC交流电压:380±10%Vac,DC直流电压:800Vdc。AC to DC模式:PF> 0.99,支持软启动,抑制浪涌电流。整机效率高达99%。主芯片采用ST新一代数字电源控制芯片STM32G474RET6,主频170MHz,Flash 512K,LQFP64。
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