直流快速充電系統：通過LLC變壓器驅動最大限度提高功率密度

電動汽車的充電樁中，包含著不同充電口的類型及標準。其中，目前最快的是直流快速充電樁（DC Fast-Charging System，DCFC），最短只需要18min就能將電池由10%的電量充至80%，充電的功率范圍為50kW到400kW。

在這樣一個DCFC系統中，需要可靠的隔離能力：1. 保護人員避免受到物理和電氣傷害；2. 保護后級負載設備和系統；3. 提高共模干擾抑制性能和抗干擾能力。

今天，我們將針對隔離式偏置電源的需求與挑戰，為大家分享MPS 推出的 LLC 變壓器驅動芯片以及隔離式偏置電源模塊解決方案，助力高功率密度的充電系統設計！

偏置供電電源面臨的挑戰

對于DCFC系統中的功率管，需要由隔離的柵極驅動器進行驅動。同時，隔離柵極驅動器副邊需要一個隔離的驅動供電電源進行供電，即偏置供電電源。

隔離偏置電源通常由變壓器實現隔離和功率傳輸。目前，在電動汽車行業，一些新的趨勢對這些隔離偏置電源的變壓器設計提出了更多要求：

電動汽車中的電池電壓和直流母線電壓正從400V逐漸過渡到800V，以促進更高功率密度的牽引驅動，提高整體傳動系統的效率。對于800V直流母線，需要變壓器來承受更高的隔離電壓。

為了利用SiC器件的高速低損耗特性，在汽車電拖（找元器件現貨上唯樣商城）等場合的設計中，正逐漸從硅IGBT轉向SiC MOSFET。與IGBT相比，SiC的高dv/dt將驅動更多的電流通過隔離勢壘。這種有噪聲的電流可能會潛在地干擾低電壓側的控制器和敏感電路的正常操作。因此，我們需要盡可能地減小變壓器的隔離電容。

假設每個變壓器在初級側和次級側之間具有20pF的電容，并且SiC MOSFET DS電壓變化速率為100V/ns?？缭礁綦x邊界的共模電流將是1A，這對于整個系統來說，可能是非常具有破壞性的。

因此，需要盡可能減少該電容。該電容的減小意味著耦合變差，漏感增大。由于傳統的偏置供電電源采用反激式拓撲，導致效率變低，同時電壓尖峰導致需要更高耐壓的器件。

針對該應用場景，MPS 推出了 LLC 變換器作為偏置供電電源的新方案。LLC 變換器利用變壓器產生的漏感作為諧振電感，消除了與反激類型相關的效率損失或電壓尖峰的問題。在實現盡可能小的隔離電容的情況下，以更高的效率傳輸更高的功率。

用于隔離偏置供電的變壓器驅動器 MPQ18913

MPQ18913可應用于各種SiC/IGBT的偏置供電場景，包括電動汽車充電樁、電機驅動、車載充電器等應用。

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采用QFN10封裝，尺寸僅為2mm*2.5mm

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最高支持6W的輸出功率。最高工作頻率能夠支持到5MHz

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集成了各種過壓、過流的保護，來保證系統的可靠性

MPQ18913 產品優勢

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超小的隔離電容，變壓器Ciw≈4pF

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6W負載下，IC溫升不到15℃

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高效，最高近90%

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MPQ18913 vs. Flyback

MPQ18913 應用

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針對單個橋臂，可采用一顆MPQ18913，采用三繞組的變壓器，實現兩路輸出，同時為上下管驅動進行供電。

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對有負壓驅動的場合，可根據不同的驅動成本需求選擇合適的負壓生成電路。

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針對12V電池輸入場合，可采用Boost對電池電壓進行升壓，為MPQ18913提供穩定的輸入供電。

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MPS提供電子表格程序設計文檔，通過簡單的設計需求配置，即可實現外圍電路的參數以及變壓器的設計。

審核編輯 黃宇