磁耦合諧振式電動(dòng)車無(wú)線充電系統(tǒng)中MOS管解決方案

VBsemi

無(wú)線充電在新能源汽車領(lǐng)域

      無(wú)線充電在手機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用的普及早已不是什么新聞。近日，蘋果公司最新申請(qǐng)的專利透露，在未來(lái)，蘋果筆記本有望為iPhone等蘋果移動(dòng)設(shè)備無(wú)線充電，說(shuō)明無(wú)線充電已經(jīng)開(kāi)始為消費(fèi)者所接受，消費(fèi)電子巨頭開(kāi)始逐漸培養(yǎng)用戶習(xí)慣，應(yīng)用前景廣闊。如今，即使在汽車上也會(huì)帶上手機(jī)無(wú)線充電的配套設(shè)施，而無(wú)線充電在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用普及就遠(yuǎn)不如手機(jī)，主要因?yàn)槭袌?chǎng)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

      2020年5月，國(guó)家發(fā)布的關(guān)于“電動(dòng)汽車無(wú)線充電”的一系列國(guó)家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，預(yù)示著無(wú)線充電在新能源汽車領(lǐng)域的發(fā)展將會(huì)有質(zhì)的飛躍。

      無(wú)線充電與傳統(tǒng)充電樁相比，優(yōu)點(diǎn)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(yàn)，操作便捷。3.安全性能提升，雨水環(huán)境和金屬端子損壞對(duì)充電的限制程度大大降低。4.解決電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航焦慮等。但此技術(shù)也有許多待解決的問(wèn)題，例如耦合線圈的優(yōu)化、充電過(guò)程位置偏移而導(dǎo)致的充電不穩(wěn)定等問(wèn)題。

      2018年，Pan Kai Wen提針對(duì)這些問(wèn)題提出了一種基于原邊電壓電流相位式鎖相環(huán)方案，設(shè)計(jì)了耦合線圈優(yōu)化的充電系統(tǒng)，經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果證明了方案的可行性。

硬件電路設(shè)計(jì)思路及主要參數(shù)

【硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖】

      此系統(tǒng)由綜合控制模塊、供電電源模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊、電壓電流調(diào)理采集模塊、能量耦合機(jī)構(gòu)與諧振補(bǔ)償模塊、負(fù)載側(cè)整流穩(wěn)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(qū)動(dòng)芯片：IR2110芯片
• MOS管：Vds≥100V，Id≥23A
• 光耦型號(hào)：PC923L，響應(yīng)速度快
• 高頻運(yùn)算放大器：AD797
• 高頻電流互感器：CHB-25MP閉環(huán)霍爾電流傳感器
• 優(yōu)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(bǔ)償電容C1=C2=0.24μF
• 副邊回路負(fù)載電阻：R=4Ω
  

【驅(qū)動(dòng)電路原理圖】

      驅(qū)動(dòng)電路的功率開(kāi)關(guān)器件選擇了場(chǎng)效應(yīng)晶體管，并選擇IR2110芯片驅(qū)動(dòng)MOS管。MOS管選型時(shí)需要考慮開(kāi)關(guān)管的耐流耐壓值、導(dǎo)通電阻大小以及導(dǎo)通關(guān)斷延遲時(shí)間。為了使損耗最低，需選擇導(dǎo)通電阻小、導(dǎo)通關(guān)斷延遲時(shí)間短的MOS管。

      系統(tǒng)選用的是NMOS管IRF540N，Vds=100V，Id=45A，導(dǎo)通電阻極小，RDSon=32mΩ，導(dǎo)通關(guān)斷延遲時(shí)間短，是優(yōu)良的MOS管選擇。

可選擇的VBsemi微碧MOSFET型號(hào)：

①IRF540N

②IRF540NSTRPBF

③VBE1104N

④VBM1104N

⑤VBZM20N10

【適用的VBsemi微碧半導(dǎo)體MOS管參數(shù)】

【光耦隔離電路圖】

      為了防止逆變電路中的強(qiáng)電竄入控制模塊而燒壞DSP芯片，此系統(tǒng)設(shè)計(jì)了光耦隔離電路來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)的強(qiáng)弱電之間的隔離。光耦型號(hào)選用了PC923L，響應(yīng)速度極快。

【電壓采集調(diào)理電路圖】

      頻率跟蹤控制算法需要對(duì)原邊回路的電壓電流信號(hào)進(jìn)行采集，選用極低噪聲、低失真的高頻運(yùn)算放大器AD797來(lái)對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采集。

【電流采集調(diào)理電路圖】

      電流信號(hào)選擇了高頻電流互感器CHB-25MP進(jìn)行采集，同時(shí)采用AD797運(yùn)算放大器做一個(gè)減法電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，使電壓波紋放大，便于采集。

      配合上軟件程序設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了原邊電壓電流相位式鎖相環(huán)方案解決充電過(guò)程位置偏移而導(dǎo)致的充電不穩(wěn)定的可行性。

微碧半導(dǎo)體MOS管封裝及應(yīng)用

微碧半導(dǎo)體企業(yè)主要產(chǎn)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(chǎn)線。

【微碧部分MOS管產(chǎn)品封裝】

廣泛應(yīng)用于3C數(shù)碼、安防設(shè)備、測(cè)量?jī)x器、廣電教育、家用電器、軍工/航天、可穿戴設(shè)備、汽車電子、網(wǎng)絡(luò)通信、物聯(lián)網(wǎng)IoT、新能源、醫(yī)療電子、照明電子、智能家居、電腦主板顯卡、MID\UMPC 、GPS、藍(lán)牙耳機(jī)、PDVD、車載DVD、汽車音箱、液晶顯示器、移動(dòng)電源、手機(jī)電池（鋰電池保護(hù)板）、LED電源等產(chǎn)品。微碧半導(dǎo)體有限公司以飽滿的激情，拼搏務(wù)實(shí)的干勁，不斷創(chuàng)新進(jìn)取，致力于為客戶群體打造出一座高效、便捷、直通、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)橋梁。