一种全碳化硅直流充电桩制造技术

本发明专利技术公开了一种全碳化硅直流充电桩，包括车辆充电接头、充电模块、计量监测单元和充电控制器，所述的计量监测单元还连接计量控制单元，所述计量控制单元连接触控屏，所述充电模块包括前级电路板和后级电路板，所述前级电路板包括转换器一，所述转换器一为三相六开关全桥拓扑结构,所述后级电路板包括转换器二，所述转换器二为基于1200VSiC器件的单相全桥两电平LLC拓扑结构。本发明专利技术采用全SiC技术方案的AC/DC与DC/DC的拓扑结构，充分利用碳化硅（SiC）功率器件具有高频、高功率、耐高压等优越特性，简化电路结构，提高了设备可靠性和效率。提高了设备可靠性和效率。提高了设备可靠性和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种全碳化硅直流充电桩


[0001]本专利技术属于充电桩
，尤其涉及一种全碳化硅直流充电桩。

技术介绍

[0002]新能源汽车充电设备技术发展逐步向大功率直流快充、智能化、车网互动、无线充电等方向发展，充电设备电压等级、充电功率及智能化水平将进一步提升，对充电设备的性能、可靠性等提出了更高要求。传统的充电桩基于硅功率器件进行设计，在效率和功率密度方面存在着较大的提升空间。此外，过高的器件开关损耗将带来更大的结温波动，影响功率器件寿命，进而影响充电模块的使用寿命，频繁更换电源模块将增大充电桩的运维成本。

技术实现思路

[0003]为了解决以上问题，本专利技术提供了一种全碳化硅直流充电桩。
[0004]本专利技术是这样实现的：一种全碳化硅直流充电桩，包括车辆充电接头、所述的车辆充电接头依次连接充电模块和计量监测单元，所述的充电模块和计量监测单元同时连接充电控制器，所述的计量监测单元还连接计量控制单元，所述计量控制单元连接触控屏，所述充电模块包括前级电路板和后级电路板，所述前级电路板包括将输入的交流电AC转换为直流电DC的转换器一，所述转换器一为三相六开关全桥拓扑结构,所述后级电路板包括调节直流电输出功率的转换器二，所述转换器二为基于1200VSiC器件的单相全桥两电平LLC拓扑结构。
[0005]基于SiC材料的MOSFET（金属
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氧化层半导体场效晶体管）管和二极管，在相同电压等级的器件中比传统硅半导体器件有着更低的栅极电容，更快的开关速度，更优的反向恢复性能，从而带来更低的开关损耗。在有着优异开关性能的同时，SiC材料优异的耐压性能使得，相同开关性能下，SiC器件可以达到更大的耐压等级。传统开关特性较好的硅超级结功率MOSFET最高耐压仅能做到650V，而SiC MOSFET则能将耐压提升至1200V以上。
[0006]前级AC/DC拓扑分析：前级采用三相六开关全桥拓扑结构。传统直流充电设备由于器件耐压限制仅能采用三电平拓扑结构，而具有更简洁的控制策略、高稳定性和高可靠性的三相六开关全桥拓扑对电力电子器件耐压要求高，无法作为充电桩器件拓扑进行应用。而采用1200VSiC MOSFET器件后，配合滑模控制与空间矢量调制相结合的复合控制策略，使得三相六开关全桥拓扑在磁性元件利用率、直流母线利用率、输入电流谐波、输入级功率因数上均可满足设计指标。
[0007]后级DC/DC拓扑分析：由于器件电压、电流等规格限制，传统直流充电设备后级电路，必须应用各种三电平和串并联结构。SiC器件的使用，使得单相全桥两电平LLC、交错并联型两电平LLC、三相交错两电平LLC等几个拓扑也可以得到应用。相比于三电平拓扑，两电平拓扑在控制复杂度、器件数量、导通损耗等方面有着很大优势。相比于另外一类移相全桥拓扑，LLC谐振变换器有着更优的效率指标。通过变频控制、移相控制和调宽控制相混合的控制策略的应用，即在高输出电压段LLC变换器采用变频控制，在低输出电压段LLC变换器
采用移相调脉宽控制策略，可实现本身仅适用于窄范围输出电压的LLC谐振变换器的宽范围电压输出。基于1200VSiC器件的单相全桥两电平LLC拓扑，既能满足更优的效率指标又兼具简单可靠的特点，能够较好地满足应用需求。
[0008]进一步，所述转换器一包括6颗规格为1200V/40mohm的SiC MOSFET。
[0009]所述转换器一开关频率设置为40kHz。
[0010]所述转换器二包括4颗规格为1200V/40mohm的SiC MOSFET和4颗规格为1200V/40A的SiC二极管。
[0011]所述转换器二开关频率设置为90
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400kHz。
[0012]所述全碳化硅直流充电桩最大输出功率30KW。
[0013]所述SiC MOSFET正向驱动电压设定值为+20V，关断驱动电压的设定值为
‑
2~
‑
5V。
[0014]SiC MOSFET的驱动电压由其器件本身的驱动参数决定，SiC MOSFET允许的最大驱动电压为+25V/
‑
10V，为保证足够低的导通电阻，正向驱动电压需达到+20V，若驱动电压低于该电压值，则会导致器件的损耗增加。例如，若驱动电压降至+18V，则导通电阻会增大8%，进而导致器件的通态损耗增大8%。由于SiC MOSFET的栅极阈值电压较低，仅为2
‑
3V，若采用传统的0V关断驱动电压，则易因驱动电压受到干扰等因素导致器件的误导通。因此需设置可靠的负向关断电压保证SiC MOSFET的关断，关断驱动电压的设定值为
‑
2~
‑
5V。
[0015]所述SiC MOSFET驱动隔离方式为电容隔离。
[0016]由于SiC MOSFET在高速开关动作时，其漏源极电压随时间的变化率dv/dt高达30~80kV/us，在选择驱动隔离方式时，所选隔离方式的共模瞬态抗扰度的值需大于等于100kV/us，才可保证驱动电路原边的驱动信号免受SiC MOSFET的高dv/dt的影响。电容隔离使用电场在两个导电板之间传输信号。电容隔离的共模瞬态靠扰度可满足≥100kV/us， 两个所述SiC MOSFET通过串联的形式组成一个半桥，在开关改变状态以及两个SiC MOSFET器件都关断之前使用死区时间。
[0017]SiC MOSFET在直流有线充电设备中，均为桥式电路的应用形式，即两个SiC MOSFET通过串联的形式组成一个半桥，每个电力电子变换器中由均包含多个SiC MOSFET半桥电路。SiC MOSFET在半桥电路的应用中，如果桥臂的上管与下管同时导通，则会发生击穿并导致大电流尖峰和潜在的故障。因此，在开关改变状态以及两个器件都关断之前使用死区时间。
[0018]本专利技术的有益效果是分析如下：本专利技术采用全SiC技术方案的AC/DC与DC/DC的拓扑结构，充分利用碳化硅（SiC）功率器件具有高频、高功率、耐高压等优越特性，简化电路结构，提高了设备可靠性和效率。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的内部结构示意图；图3为本专利技术转换器一电路结构示意图；图4为本专利技术转换器二电路结构示意图；图中：1
‑
车辆充电接头，2
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充电模块，3
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计量监测单元，4
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充电控制器，5
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计量控制单元，6
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触控屏。
实施方式
[0020]为了能更清楚地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术进一步说明。
[0021]如图1
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4所示的一种全碳化硅直流充电桩，包括车辆充电接头1、所述的车辆充电接头1依次连接充电模块2和计量监测单元3，所述的充电模块2和计量监测单元3同时连接充电控制器4，所述的计量监测单元2还连接计量控制单元5，所述计量控制单元5连接触控屏6，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全碳化硅直流充电桩，包括车辆充电接头、所述的车辆充电接头依次连接充电模块和计量监测单元，所述的充电模块和计量监测单元同时连接充电控制器，所述的计量监测单元还连接计量控制单元，所述计量控制单元连接触控屏，其特征在于：所述充电模块包括前级电路板和后级电路板，所述前级电路板包括将输入的交流电AC转换为直流电DC的转换器一，所述转换器一为三相六开关全桥拓扑结构,所述后级电路板包括调节直流电输出功率的转换器二，所述转换器二为基于1200VSiC器件的单相全桥两电平LLC拓扑结构。2.根据权利要求1所述的一种全碳化硅直流充电桩，其特征在于，所述转换器一包括6颗规格为1200V/40mohm的SiC MOSFET。3.根据权利要求2所述的一种全碳化硅直流充电桩，其特征在于，所述转换器一开关频率设置为40kHz。4.根据权利要求1所述的一种全碳化硅直流充电桩，其特征在于，所述转换器二包括4颗规格为1200V/40mohm的S...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金木，黎耀华，贾卫歌，林波，李帅，
申请(专利权)人：太原艺星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：