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標題: 磁耦合諧振式電動車無線充電系統中MOS管解決方案 [打印本頁]

作者: VBsemi 時間: 2021-1-9 10:42
標題: 磁耦合諧振式電動車無線充電系統中MOS管解決方案

無線充電在新能源汽車領域

無線充電在手機領域的應用的普及早已不是什么新聞。近日，蘋果公司最新申請的專利透露，在未來，蘋果筆記本有望為iPhone等蘋果移動設備無線充電，說明無線充電已經開始為消費者所接受，消費電子巨頭開始逐漸培養用戶習慣，應用前景廣闊。如今，即使在汽車上也會帶上手機無線充電的配套設施，而無線充電在電動汽車領域的應用普及就遠不如手機，主要因為市場缺乏統一標準。

2020年5月，國家發布的關于“電動汽車無線充電”的一系列國家統一標準規定，預示著無線充電在新能源汽車領域的發展將會有質的飛躍。

無線充電與傳統充電樁相比，優點甚多：1.占地面積小，單位可充電車輛多。2.極大提升用戶體驗，操作便捷。3.安全性能提升，雨水環境和金屬端子損壞對充電的限制程度大大降低。4.解決電動汽車續航焦慮等。但此技術也有許多待解決的問題，例如耦合線圈的優化、充電過程位置偏移而導致的充電不穩定等問題。

2018年，Pan Kai Wen提針對這些問題提出了一種基于原邊電壓電流相位式鎖相環方案，設計了耦合線圈優化的充電系統，經試驗結果證明了方案的可行性。

硬件電路設計思路及主要參數

【硬件系統結構圖】

此系統由綜合控制模塊、供電電源模塊、功率驅動模塊、電壓電流調理采集模塊、能量耦合機構與諧振補償模塊、負載側整流穩壓模塊組成。

變流電源電路采用全橋逆變電路
主控芯片：TMS320F28335
MOS管驅動芯片：IR2110芯片
MOS管：Vds≥100V，Id≥23A
光耦型號：PC923L，響應速度快
高頻運算放大器：AD797
高頻電流互感器：CHB-25MP閉環霍爾電流傳感器
優化耦合線圈：圓盤形線圈，φ =0.1X300股利茲線，截面直徑2.3mm，耐流11.78A，N=10匝，davg=15cm，采用平板型鐵氧體磁芯。
補償電容C1=C2=0.24μF
副邊回路負載電阻：R=4Ω

【驅動電路原理圖】

驅動電路的功率開關器件選擇了場效應晶體管，并選擇IR2110芯片驅動MOS管。MOS管選型時需要考慮開關管的耐流耐壓值、導通電阻大小以及導通關斷延遲時間。為了使損耗最低，需選擇導通電阻小、導通關斷延遲時間短的MOS管。

系統選用的是NMOS管IRF540N，Vds=100V，Id=45A，導通電阻極小，RDSon=32mΩ，導通關斷延遲時間短，是優良的MOS管選擇。

可選擇的VBsemi微碧MOSFET型號：

①IRF540N

②IRF540NSTRPBF

③VBE1104N

④VBM1104N

⑤VBZM20N10

【適用的VBsemi微碧半導體MOS管參數】

【光耦隔離電路圖】

為了防止逆變電路中的強電竄入控制模塊而燒壞DSP芯片，此系統設計了光耦隔離電路來實現PWM信號的強弱電之間的隔離。光耦型號選用了PC923L，響應速度極快。

【電壓采集調理電路圖】

頻率跟蹤控制算法需要對原邊回路的電壓電流信號進行采集，選用極低噪聲、低失真的高頻運算放大器AD797來對電壓信號進行采集。

【電流采集調理電路圖】

電流信號選擇了高頻電流互感器CHB-25MP進行采集，同時采用AD797運算放大器做一個減法電路對信號進行調理，使電壓波紋放大，便于采集。

配合上軟件程序設計，實驗結果證明了原邊電壓電流相位式鎖相環方案解決充電過程位置偏移而導致的充電不穩定的可行性。

微碧半導體MOS管封裝及應用

微碧半導體企業主要產品的封裝有：SOP-8 、TO-220（F）、TO-263、TO-247、TO-252、TO-251、SOT-23、SOT-223、SOT-89、QFN、AO3400、IRF540、IRF630等系列封裝產線。

【微碧部分MOS管產品封裝】

廣泛應用于3C數碼、安防設備、測量儀器、廣電教育、家用電器、軍工/航天、可穿戴設備、汽車電子、網絡通信、物聯網IoT、新能源、醫療電子、照明電子、智能家居、電腦主板顯卡、MID\UMPC 、GPS、藍牙耳機、PDVD、車載DVD、汽車音箱、液晶顯示器、移動電源、手機電池（鋰電池保護板）、LED電源等產品。微碧半導體有限公司以飽滿的激情，拼搏務實的干勁，不斷創新進取，致力于為客戶群體打造出一座高效、便捷、直通、優質的服務橋梁。

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