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三相 PFC 转换器如何大幅提高车载充电器的充电功率IC解密

IC解密在电动汽车发展的进程中,充电效率始终是影响其普及的关键因素。通过简单公式可知,功率越大,充电时间越短。三相电源所能提供的功率最高可达单相电源的 3 倍,这为提升充电功率提供了一条可行路径。而三相 PFC(功率因数校正)转换器在其中扮演着极为重要的角色。

三相 PFC 提供的输出电压通常被固定在特定值,例如 700V(精度 5%)。得益于碳化硅(SiC)技术,热容量能够扩展至更高范围。以常见的 50Hz、230Vac 输入电压为例,基于三相 PFC 转换器的车载充电器系统最大可交付功率达到 11kW。当向输入连接器提供 50Hz 的三相电压时,由于 PFC 拓扑结构的特性,输出总线电容电压会逐渐升高。在带有 MOSFET 的无桥 PFC 电路中,每个 MOSFET 上存在的寄生续流二极管保证了从输入到输出的电流路径。当 MOSFET 全部关断时,电路板可简化为三相二极管桥,此时整流后的输入交流电压会依据电源电压幅度和 MOSFET 体二极管的正向电压,被设置到定义电平。

IC解密在实际工作流程中,两个不同线路上的电阻被用作浪涌电流限制器。一旦总线电压达到 400V,双管反激变换器便开始工作,随后一系列 DC/DC 稳压器开始运作,生成为数字和模拟电路供电所需的其他电压电平。在系统进行微唤醒时,除了验证 ADC 通道的偏移电压外,还会开始监控总线电压并检测输入电压,以此确定电压的频率和相位角,该相位角将作为系统实现功率因数校正的基准角。当直流总线电压达到平坦状态时,MCU 向继电器发送指令,旁路电阻并允许输出总线电压进一步升高。但电压不会一步达到目标值,而是跟随一个平滑的斜坡发生器不断变化,使总线电压值按照参数化的斜坡最终达到 700V。

IC解密三相 PFC 转换器在硬件保护方面,利用 NCV51705 栅极驱动器的 DESAT 功能防止过电流事件。所有故障线路被集合在一起,生成到 MCU 的单个输入,而该 MCU 将为 PWM 生成提供硬件停止信号。其控制算法类似于电机控制算法,内部环路控制着电流分量,外部环路控制着总线电压。由于 PFC 的核心目标是保证每个相电压和相电流之间的相位延迟为 0°,因此电压调节作用于 D 轴电流。通过角度 θ 将电流相位延迟调节到 0°,这是 PFC 的主要任务。电压位置用于通过克拉克和帕克变换,从静止 abc 系统参考转换到旋转 dq 坐标系(对于 PFC,D 轴表示相电压相量的幅值)。在 θ 已知的情况下,所有电量都可在 dq 系统中表示,这种简化操作确保能够使用简单的 PI/PID 调节器。当有常数作为参考量时,PI 调节器能有效地将误差调节为零,但无法调节交流参考量。由于读取延迟、快速 PWM 频率、瞬时开关状态和升压电感等因素,每个相位中流动的电流能在极短时间内显著变化。为克服这一问题,系统会在三个连续的 PWM 周期内对电流进行采样。



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