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更快速、更安全且更智能的充电桩是如何打造的?

作者:能创科技 来源: 日期:2021/6/17 14:53:58 人气:2

  当充电桩在2020年被列入新基建的七大项目之中时,人们似乎看到了一个万亿元的市场即将被撬动,随之超过26个省市密集出台了50余项与充电设施相关的政策。但现实是,根据智研咨询提供的数据显示,在过去的一年里充电桩的出货量虽有明显上升(从12万到近30万),却未出现期望中的井喷。

  市场的发展未能尽如人意,固然有各方利益协调的问题,但是从技术的角度来看也存在着各种阻碍因素,其中最亟需解决的是对于用户的充电体验至为重要的充电时间,此外则是充电桩信息的实时交互问题,而这些都聚焦于大功率直流充电桩。

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  焦虑的充电进行时

  为了解决电动汽车的充电焦虑问题,更快的充电速度成为快充站的明确要求,实现充电5分钟,行驶200公里会成为行业的普遍要求。充电桩的直流模块可以通过提高功率密度和提高充电电压两个方向升级,前者需要高性能实时微控制器和支持更高开关频率的功率器件,而后者需要的是功率器件更高耐压以及更高的转换效率,第三代宽禁带半导体功率器件将会是很好的选择。而且随着第三代半导体开关频率的提高,需要更复杂的电源拓扑和控制算法,因此对于实时控制器的需求也进一步提高。

  提到直流充电桩的主控部分,就必须提到市场上占据份额较高的德州仪器(TI)C2000™微控制器。事实上,C2000微控制器在中国市场久负盛名,早已广泛用于电力电子控制领域,并在工业和汽车应用中提供高级数字信号处理。在过去20多年间C2000微控制器一直处于模数控制革命的前沿,经过不断发展,现在的第三代性能更为出色:拥有更强的运算能力、更丰富的外设资源。

  C2000微控制器实施控制器由于内置C28x数学优化型内核,具有微控制器和数字信号处理器双重优势。通过各种高效率计算内核,C2000微控制器可实现μs级环路计算时间。比如在双向高密度GaN CCM图腾柱PFC中,利用TMU,C2000微控制器可以将PWM计算从10μs减少到0.5μs以下,确保逐个周期进行自适应死区计算,从而对GaN FET进行最精确和高效的控制。

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  集成更高级的外设,是C2000微控制器满足复杂拓扑结构的另一大优势。通过集成3.6M SPS采样率,12位至16位分辨率的ADC,实现更高速的电流采样和电压采样;还有150ps分辨率的PWM,这样就可以满足第三代半导体更高的开关频率,实现高动态特性的充电模块并显著提高效率、降低尺寸。

  为了追求更高的效率而增加总线电压时,复杂的多电平拓扑变得越来越普遍。NPC和ANPC拓扑是双向PFC/逆变器最受欢迎的两种拓扑,它们可以将开关设备上的电压应力限制为总线电压的一半。但是,这些拓扑需要来自MCU的更多PWM通道,并且还需要一种特殊的保护方案以在任何停机期间维持电源开关两端的电压平衡。C2000微控制器第三代器件提供了独特的可配置逻辑块(CLB),可实现板载故障保护方案,以确保在所有工作条件下均提供实时保护,而无需任何外部逻辑电路,类似于FPGAs/CPLDs一样灵活。例如TIDA-010210 6.6kW三相三级ANPC逆变器/PFC双向功率级参考设计中所呈现。



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