隨著雙碳目標(biāo)的推進，電動汽車車載充電機（以下簡稱“OBC”）正朝雙向能量傳輸?shù)姆较虬l(fā)展，它既能從電網(wǎng)獲取電能，又可以將電能反饋至電網(wǎng)。

配置了雙向OBC的電動汽車可以用剩余電量為耗盡電量的電動汽車充電，也可以在戶外充當(dāng)220V電源，還可以被當(dāng)做分布式儲能站，幫助電網(wǎng)消峰填谷。

本文我們以一款6.6kW的雙向OBC為例探討CLLC拓撲在雙向OBC中的應(yīng)用。

什么是CLLC拓撲？

隔離DCDC是構(gòu)成OBC的重要部分之一，在很多單向OBC隔離DCDC級都會用到LLC拓撲，比如迪龍新能源研發(fā)生產(chǎn)的單向OBC便應(yīng)用了LLC拓撲，它具有能效高、抗EMI表現(xiàn)好、可靠性高等優(yōu)勢。

圖1：雙向OBC框圖

而雙向OBC中的隔離DCDC級都會采用CLLC拓撲，它是將LLC拓撲中電池側(cè)的橋式整流二極管換成有源橋，然后再在變壓器的電池端串上一個C來確保磁平衡。

在給電池充電的時候，左側(cè)的橋做主動開關(guān)，右側(cè)的橋做同步整流；當(dāng)電池向外做逆變的時候，右側(cè)的橋做主動開關(guān)，左側(cè)的橋做同步整流。

CLLC拓撲采用脈沖頻率調(diào)節(jié)來控制增益，它繼承了LLC拓撲的優(yōu)點，同樣具有軟開關(guān)特性，能效高、抗EMI表現(xiàn)好、開發(fā)難度低，更易于雙向OBC的批量生產(chǎn)與應(yīng)用。

下面我們以一款6.6kW雙向OBC的CLLC拓撲為例，來幫助設(shè)計人員解決開發(fā)過程中的挑戰(zhàn)。

圖2：6.6kW雙向OBC峰值效能

這款雙向OBC采用寬母線電壓范圍來應(yīng)對電池電壓的變化，峰值能效高達98%，它主要包含三個主要部分。

如圖3所示，中間那片大板是功率板，所有高壓大電流的線路都會在這片板上；右上角是控制板，通過接插件與功率板相連，方便在不同功率方案之間做交叉測試；左側(cè)是諧振腔組合，包含了一個集成了諧振電感的變壓器和兩個諧振電容板。

圖3：三個主要部分 諧振電容有多顆MLCC串并聯(lián)組成，可以滿足在耐壓和電流的要求下實現(xiàn)更小體積，諧振腔是可以拆卸的，方便設(shè)計人員驗證不同變壓器、電感和電容的參數(shù)。

此方案中包含了散熱器、風(fēng)扇、輔助電源、保護電路等，直接連接電源與負載就可以在滿載情況下做長時間測試。

在功率板中，位于母線側(cè)和電池側(cè)的兩個有源橋分別由四顆1200V/40毫歐NVHL040N120SC1和四顆900V/20毫歐NVHL020N90SC1碳化硅MOS構(gòu)成，碳化硅（SiC）相比Si可實現(xiàn)更高的功率密度、更高的開關(guān)頻率和極高效的設(shè)計。

驅(qū)動這八顆SiC MOS的是八顆磁隔離大電流驅(qū)動器，驅(qū)動信號由控制板通過控制接口送出，控制接口的所有信號都位于電池側(cè)，電平不超過12V。

電池端的電壓、電流被采樣完后通過分壓、放大后直接送到控制接口；母線側(cè)的電壓采樣由一顆獨立的ADC來完成，數(shù)據(jù)通過SPI總線再經(jīng)數(shù)字信號隔離器傳送到控制接口。

在控制板中，此款OBC采用了一顆車規(guī)級的LLC控制芯片，用來做脈沖頻率調(diào)制（以下簡稱“PFM”）與同步整流控制；它用低功耗MCU來做充電的恒壓值設(shè)定，用車規(guī)級軌到軌運放來做恒流充電控制，再配上車規(guī)級邏輯器件來做電網(wǎng)到電池和電池到電網(wǎng)方向的判斷和轉(zhuǎn)換。

電路細節(jié)的設(shè)計考慮

如果想節(jié)約成本，可以把1200V和900V SiC MOS換成900V和650V SiC MOS，但需要控制好開關(guān)尖峰，最好從降低PCB寄生電感著手，可以通過添加旁路電容實現(xiàn)。

由于高電壓低Rdson的SiC MOSFET器件Qg很大，為了在高開關(guān)頻率下維持高效，必須用大電流的門極驅(qū)動器來驅(qū)動。

另外，此方案的控制接口位于電池側(cè)，驅(qū)動母線側(cè)的MOS必須要隔離，而且要符合安規(guī)。

選擇高壓輔助電源的最佳拓撲

此款6.6kW雙向OBC的輔助電源采用了“反激+Buck-boost”的拓撲，用于應(yīng)對高達750V的母線電壓，如表1所示，相較于其他3種拓撲，這種反激+Buck-boost拓撲在成本、能效、輸入電壓下限、可靠性和母線電容分壓平衡方面都更勝一籌。

表1：800V輸入電壓下可選的高壓輔助電源拓撲

雙沿跟蹤自適應(yīng)同步整流控制

前面我們提到，在控制板中采用LLC控制器來做PFM環(huán)路和同步整流控制，此控制器采用電流模式，環(huán)路響應(yīng)快，不易震蕩，自帶雙沿跟蹤同步整流控制功能。

在PFM模式和間歇工作模式之間插入了一段PWM工作模式，目的是改善輕載下的能效和電壓紋波，而且它的保護功能也非常強大，值得強調(diào)的是，這種雙沿跟蹤同步整流控制方法已獲市場驗證是非?？孔V的。

總結(jié)

新能源電動汽車的OBC正朝著雙向能量傳輸?shù)姆较虬l(fā)展，以配合雙碳目標(biāo)的推進。迪龍新能源不僅在單向OBC市場上取得了傲人的成績，為全球400余家廠商客戶配套制造供應(yīng)單向OBC產(chǎn)品，而且在雙向OBC領(lǐng)域也不斷突破。

目前迪龍22kW雙向OBC正處于研發(fā)階段，即將在市場上嶄露頭角，它符合GB/T18487.1_2015、IEC61851.1_2017和SAE J1772_2017標(biāo)準(zhǔn)，這款雙向OBC產(chǎn)品比上文提到的6.6kW雙向OBC功率更大、能效更高、應(yīng)用范圍更廣，讓我們一起期待它的上市。

迪龍新能源/迪龍科技 占地150多畝，專注電源研發(fā)20年 產(chǎn)品包括 AC/DC、DC/DC電源模塊 電動汽車電源、車載電源 OBC車載充電機、車載DC/DC轉(zhuǎn)換器 咨詢熱線：400-666-9897 歡迎各位讀者朋友轉(zhuǎn)載、分享和評論

審核編輯：湯梓紅