【导读】《实现电动汽车快速充电教程》从技能层面深切切磋驱动下一代电动汽车充电体系的架构设计与相干器件。重点涵盖兆瓦级电动汽车充电技能暗地里的设计挑战与立异、分立式方案及功率集成模块（PIM）方案怎样助力构建可扩大、高效且靠得住的快速充电基础举措措施。咱们已经经先容过：《兆瓦级充电体系架构、双有源桥的运用远景等》《电动汽车充电桩的电压等级分类、现代电动汽车充电桩的规格概览》《分立组装与模块组装、兆瓦级充电的可行性实现路径、液冷难题等》。本文将先容功率因数校订的事情道理、三相有源整流器的上风、三相有源整流器的事情道理等。

（一）功率因数校订（PFC）级

电动汽车对于快速充电能力的需求不停爬升，率直说，这类需求十分火急。估计到2027年，直流快速充电（DCFC）市场将以高达30%的复合年增加率增加。

安森美（onsemi）对于该市场的孝敬之一是25kW DCFC参考设计。它将同时适配北美480VAC三相输入电压尺度及欧洲400VAC三相尺度。它将交流电转换为直流电，输出电压规模为50VDC至1000VDC，整个规模内均能提供25kW功率，但针对于800V电池举行了优化。对于在低在500V的电压，该功效块会降低功率，将输出电流限定于50A，以切合现有电动汽车的直流充电尺度，例如CCS及CHAdeMO。

25kW功效块的有源前端（AFE）是一个带功率因数校订（PFC）的AC-DC升压转换器。其后方是一个双有源桥DC-DC级，利用两个PIM或者两组PIM，于电网及电动汽车电池（负载）之间提供彻底断绝，绕过电动汽车的OBC，并调治输出真个电压及电流。这类输电体系可所以双向的，不仅可将过剩电力回馈至电网以降低成本，还有能使用光伏及电池能源加强电网供电能力。

（二）功率因数校订的事情道理

功率因数校订（PFC）是使输出功率尽可能靠近输入功率的历程。从数学角度来讲，功率因数PF计较以下：

这里，现实功率是指于一个给定周期内，电流及电压瞬时乘积的平均值。同时，视于功率是指电流的均方根值（rms）与电压的均方根值的乘积。从这个意义上讲，它表现了现实输出功率与所测电压及电流特征的匹配水平，也就是“感触感染到的功率”与“仪表上显示的功率”之间的差异。

假想您听到两小我私家唱两个音符，一小我私家发出“呜”的声音，另外一小我私家发出“咿”的声音。纵然这两个音的音高彻底一致，声波的叠加也会孕育发生您能听见的谐波——就像有第三小我私家与之合唱。当传输洁净的电力时，PFC的作用不仅是将输出波形修整患上更顺滑，并且要断根伴生的谐波。

上面这组电源输出演示波形就申明了这一点：输入电压决议波的相位及频率。可是，当输入电流不匹配时，谐波就会孕育发生，使功率波不敷纯净，进而孕育发生掉真，降低PF值（于这类环境下，降低至约莫60%）。丈量发明，PFC一旦运用谐波按捺，不异电流会孕育发生更年夜的现实功率，使PF更靠近100%。

（三）三相有源整流器的上风

任何AC-DC电源转换体系，为了高效、靠得住地传输10kW以上的功率，都需要于前端采用三相PFC拓扑。三相整流器可显著降低电源中的滋扰及谐波身分，从而为锂离子电池运送更不变的电力。（可将PFC理解为提供近似在“高辛烷值燃料”的办事。）

三相PFC提供恒定的直流功率输出，而单相体系则提供可变输出功率，凡是需要低频滤波器。SiC MOSFET及二极管的引入，使快速EVC等年夜功率运用患上以实现；患上益在更高的击穿电压及更低的开关损耗，功率器件的效率获得了晋升。这就为EVC等体系充实阐扬三相电的上风摊平了门路。

采用家用120VAC之类的单相电源输入时，瞬时输出电压及电流始终存于颠簸。这一特征使患上现实体系经常需要利用低频滤波器来到达均衡。

若要将单相体系的功率输出晋升至三倍，输电导线的数目也需响应增至三倍：电压相线三根，中性线三根。比拟之下，采用均衡的三相电源输入时，每一个电压相对于在其他两个电压都有±120°的相移。是以，三个电压之及始终为零，从而无需任何中性线。此刻三根导线就能胜任六根导线的事情。

（四）三相有源整流器的事情道理

前端

第一级利用三对于二极管。每一一对于都与一个交流电压波相干联，每一对于二极管中的一个二极管代表波峰，另外一个二极管代表波谷。只有当电压波靠近或者处在峰值或者谷值时，电流才会流过二极管。

此第一相的输出是仅含纹波的直流电流。此第一相使用安森美利用的一种拓扑布局——T型中性点箝位（T-NPC），以下图所示——实现了双向传输能力。它是一个采用三电平开关设计的1200V整流器，沿中性路线径以违靠违配对于方式增长了六个双向开关。如许就无需利用整流桥来实现双向传输。

三电平开关不该与三相整流相混合，只管前者对于PFC很有益处。如上图所示，当开关处在“零电平”状况时，更易使用其来构建更类似终极输出的波形。三电平开关拓扑年夜年夜降低了开关功率损耗，由于只有一半的总输出电压作用在某些二极管上。它还有能削减电流纹波及电磁滋扰，使电流更易经由过程更小、更紧凑的电感器举行滤波，或者者于可行的环境下，借用变压器固有的电感能力举行滤波。最合适三电平开关的器件凡是是650V SiC MOSFET。

调制器

三相整流器第二级的作用是使输出波形光滑。起首，正负极之间的电容于纹波过年夜时接收电子，于纹波处在或者靠近谷值时开释电子。三相体系不需要年夜电容。

接下来，采用脉冲波调制（PWM）将这类光滑的直流电流塑造成于方针频率下类似正弦波的波形。为了完成调制，六个IGBT充任波形反相器的双向开关。对于在每一种设置，这些开关按切确且变化的时序导通及关断，从而转变电流路径。电流输出叠加后，总体波形越发平展。

包罗整流器的PFC功效块罗致与交流输入电压同相的交流电流，从而于最年夜限度晋升功率因数（PF）的同时，只管即便削减谐波掉真。抱负环境下，功率因数连结于1或者很是靠近1的程度，且没有任何掉真。PF应连结于0.97到1.0之间。

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