CLLC拓?fù)湓陔p向OBC應(yīng)用中的設(shè)計挑戰(zhàn)

如圖1所示，隔離DCDC是構(gòu)成雙向OBC的主要組成部分之一。在200 W以上隔離DCDC應(yīng)用中，包括單向OBC，很多都會用到LLC拓?fù)?，因為它具有能效高、EMI表現(xiàn)好、開發(fā)難度低等優(yōu)勢，但這種拓?fù)渲荒苡糜趩蜗蚰芰總鬏敗?/p>

圖1：雙向OBC框圖

大部分的雙向OBC中隔離DCDC級都會采用CLLC拓?fù)?。CLLC拓?fù)?如圖2所示)是將LLC拓?fù)渲须姵貍?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。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繼承了LLC拓?fù)涞奶攸c，采用脈沖頻率調(diào)節(jié)來控制增益，具有同樣的軟開關(guān)特性，因此，能效高，EMI表現(xiàn)好，簡單，但存在增益調(diào)整范圍窄、難以滿足寬廣的電池電壓變化范圍的挑戰(zhàn)。為此，安森美推出一個6.6 kW CLLC參考設(shè)計SEC-6K6W-CLLC-GEVK，它采用寬母線電壓范圍來應(yīng)對電池電壓變化，峰值能效超過98%，幫助設(shè)計人員解決挑戰(zhàn)，加快開發(fā)。

圖2：CLLC拓?fù)?/p>

圖3：6.6 kW CLLC參考設(shè)計SEC-6K6W-CLLC-GEVK的峰值能效超過98%

6.6 kW CLLC參考設(shè)計SEC-6K6W-CLLC-GEVK

安森美的6.6 kW CLLC參考設(shè)計SEC-6K6W-CLLC-GEVK包括三個主要部分，如圖4：中間那片大板是功率板，所有高壓大電流的線路都在這片板上。右上角是控制板，通過接插件和功率板相連，方便大家在不同的控制和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。諧振電容由多顆MLCC經(jīng)串并聯(lián)組成，以在滿足耐壓和電流的要求下實現(xiàn)更小體積。諧振腔也是可拆卸的，方便設(shè)計人員驗證不同的變壓器、電感和電容參數(shù)。方案中包含了散熱器、風(fēng)扇、輔助電源、保護(hù)電路等等。連接電源和負(fù)載就可以在滿載下做長時間測試。

圖4：6.6 kW CLLC參考設(shè)計SEC-6K6W-CLLC-GEVK

功率板中，位于母線側(cè)和電池測的兩個有源橋分別由四顆1200 V/40毫歐NVHL040N120SC1和四顆900 V/20毫歐NVHL020N090SC1碳化硅(SiC) MOS構(gòu)成。SiC可比Si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12 V。電池端的電壓、電流通過采樣完通過分壓、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)字信號隔離器傳到控制接口。

控制板中，我們選用了一顆車規(guī)級的LLC控制芯片NCV4390，來做脈沖頻率調(diào)制 (以下簡稱“PFM”) 和同步整流控制；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(yùn)放NCV33204來做恒流充電控制；再配上我們的車規(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(xì)節(jié)的設(shè)計考量

如果想要節(jié)省成本，可以把1200 V和900 V SiC MOS換成900 V和650 V 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)。

高電壓低Rdson的SiC MOSFET，它的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，我們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)。雖然驅(qū)動電池側(cè)的MOS不需要安規(guī)，但是為了統(tǒng)一物料，我們還是選用相同的器件NCV57000，短路保護(hù)和故障報告功能是其亮點。

隔離門極驅(qū)動的另一個不錯的選擇是NCV51561同樣帶安規(guī)隔離，驅(qū)動電流更大，一推二，延時更短。雖然沒有過流保護(hù)，但它的雙高禁止功能也能保護(hù)到來自信號端的，由于干擾或誤操作而造成的炸機(jī)風(fēng)險。

選擇高壓輔助電源的最佳拓?fù)?/strong>