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毫无疑问，电动汽车会成为我们的未来。 大多数汽车制造商已经开发出电动汽车模型，或许很快就会开发出新的电动汽车。 在内燃机( ICE )占主导地位的100多年后，制造商们终于放手，致力于电动汽车的未来。
尽管如此，和燃料车分手是很可惜的。 化石燃料储存仍然丰富，温室效应状况也得到改善，但绿色旅游的倡导、政府法规和购买者的普及推动了全球电动汽车的发展。
发展中的残疾人
汽车制造商从基于ICE的产品线过渡到基于EV的产品线需要投资数十亿美元，有限的续航距离和长充电时间是电动汽车受到批评的两个因素。
典型的燃油车加油前行驶距离达到400英里，有数千加油站的帮助。
大多数电动汽车一次能跑100英里，但电池性能好的新型汽车现在充电前能跑200英里，300英里一定会成为普遍现象。 电池的持续发展将在不久的将来提高这一范围。
消费者“行驶距离不安”的另一个原因是充电站的数量有限。 如果附近有很多充电站，可以接受短距离充电，但是现在的数量还不够。 为了使电动汽车能够在任何地方供应电力，充电站的数量必须与我们今天使用的加油站的数量相同。
福特最近宣布将与美国电气化公司和绿地公司合作，开发全国性的电动汽车充电网络—FordPass Charging充电网络。 这个网络由12000个充电站和35000个插头构成。 这些电站具有高输出直流充电能力，充电速度快。 现在即使使用高压直流电源，完全充电也需要大约30分钟。 加一次汽油的时间很少超过10分钟，相比之下谁想等那么长时间？
如果公众充分意识到这几千个快速充电站的建设，电动汽车的销售量会迅速大幅增加。
更高性能的电气电子解决方案
所有高压直流充电站的主要需求是低成本高效的AC-DC和DC-DC变换器，充电站的充电速度大幅提高。 这些充电器与汽车的主驱动电池直接连接，主驱动马达供给400v以上的电压。 像这样给电池充电需要很大的电力。 该被称为L3级的充电器与三相交流电源线直接连接。
汽车工业和汽车工程师协会( SAEAE )为电动汽车充电器确立了正式标准，一般称为电动汽车供应设备( EVSE )。 下表汇总了这些类型的充电器。
一级和二级充电器内置于车辆中，称为车载充电器( OBC )，由家庭、工作、个人/公共插座充电。 一级和二级充电时间长，但夜间充电没问题。
三级充电器用于公共充电站。 有了三相电网的电力输入，充电时间有可能大幅度缩短。 三级充电器将直流电直接输送给电池。 输出200- 800V的范围和400 A左右的电流电平，充电时间大幅度减少。 据介绍，三级充电器在20分钟内能给电池80%充电，是未来电动汽车健康发展的良药。
直流充电电机的体系结构
下图显示了可以想象三级充电器的通用框架。 从电网接收、滤波三相交流电，提供功率因数校正( PFC )，将交流电整流为直流。 DC-DC转换器的开发所需的高压直流与电池连接。 嵌入式MCU控制包括PFC、整流器、转换电路的栅极驱动器等的整个系统。 这是一个简单的介绍，实际电路更加复杂。
下图显示了典型的电路。 交流输入应用于PFC和维也纳整流电路。 通过控制MCU的脉宽调制( PWM )开关MOSFET，产生整流和功率因数校正。
现在介绍维也纳整流电路。 ]VIENNA整流器电路结构简单，开关管数量少，可进行三电平运行，同等输出电压时，可有效降低开关管的电压应力。 另外，该电路为3电平结构，因此在决定电流波动的请求中能够减小滤波电感。 根据上述特征，该电路在单相功率因数校正( PFC )中具有良好的应用前景。
高压输出被应用于2个并联谐振的DC-DC转换器，产生用于给电池充电的输出电压。 逆变器MOSFET由单片机的PWM信号驱动。 全桥电路之间的变压器耦合为输入与输出之间提供了必要的隔离。
另外，在上述图中，输出阶段并列。 此些dc-dc转换器中的许多可堆叠或并联连接以放大输出功率以便提供较快的充电。 这种安排可以容纳各种功率水平。
L3实现充电器
德州仪器的TIDA-010054双主动桥设计为L3充电器精心设计。 下图显示了碳化硅栅极驱动器等电路和相关部分。
此图显示了双有源全桥单相DC/DC转换器( DAB )的配置。 左侧是维也纳的高压桥式整流器/ PFC (700 - 800 V )，右侧是电源电路，为电池充电( 380 - 500v )。 此些布置提供叠加转换器的高输出、双向操作模式以及支持电池充电和放电应用。
该设计的主要特点包括:
软开关相
效率在97 %到98 %之间
绝缘电压和电流感应
电隔离
TI的C2000 MCU TMS320F280049数字控制器
最大输出功率为10kw
SiC MOSFET设备
这些转换器的关键要素是开关晶体管。 以往的设计使用双极晶体管( BJT )，但很快就被MOSFET取代了。 在不久的将来，基于超结技术的功率MOSFET已成为高压开关转换器领域的行业规范，且相关联的非常高的电压和电流不能由IGBT处理。
现在的趋势是使用更多功能的SIC MOSFET。 这些设备可轻松管理1000v以上的高电流级别。 开关速度快(最大100 kHz )、导通电阻低，有助于提高效率。
使用支持双向功率的dc-dc转换器是当今充电站设计的趋势。 通过这种配置，另一充电应用和负载电力供应应用可以被灵活地安装在车辆内部。 车对电网( V2G )模型是理想的特性，车辆的电池能够将电力返回电网。
扩充阅读——OBC
近年来，我国一直倡导发展包括新能源汽车在内的节能汽车，其中电动汽车( EV )成为一大热点，车载充电( OBC )是电动汽车应用的重要部分。
EV充电解决方案
交流充电
每辆车都有车载充电器( OBC )
为家庭、工作、私人/公共插座充电
最大共用电源充电等级@ AC充电座
7.2kW(32A单相)、22kW (三相)
充电时间:
在交流充电站7.2kW@32A中，为3~4小时
DC充电
适合暂时停留和大量充电
(例如长途旅行)
充电电量≥50kW@ ≥100A
充电@ EV充电站
80%充电时，充电时间通常需要30-60分钟
交流充电解决方案-概述
车载充电器( OBC) -主要特点
OBC是(隔离pfc+dc-dc )初级侧的AC-DC转换器
电力水平达到22kW
输入电压
欧盟: 400 Vac或400 Vac
US:120Vac或240 Vac
电压输出范围: 200VDC-450VDC
高效率
需要AEC-Q101功率个别设备
AEC-Q100集成电路
最小尺寸
(3ph + Neutral )输入:模块方式
3x (从相位到中性)供电的优点
模块方式3x(PFC + DC-DC )模块具有通用的输入，可以
1 .简单的系统实现
从单相解决方案变更为3相电源解决方案非常容易。 三相各相可采用典型的单相拓扑。
2 .系统可靠性高
即使一个或多个模块发生故障，也能保证充电功能
3 .更高的系统效率
对于部分加载请求，只有三个模块中的一部分处于打开状态
