本項(xiàng)目旨在證明Silicon Labs公司隔離柵極驅(qū)動(dòng)器SI826X/si823x（具體型號(hào)：Si8261BBD-C-IS/Si8234BB-D-IS1）在充電樁市場(chǎng)的應(yīng)用。介紹基于隔離驅(qū)動(dòng)器Si826x/Si823x模塊的直流充電樁功率模塊的設(shè)計(jì)方案，選用隔離型全橋DC/DC拓?fù)?，采用?shù)字移相控制策略，應(yīng)用ZVS軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，輸出電壓連續(xù)可調(diào)。本項(xiàng)目針對(duì)蓄電池的充放電特性，具有恒流、恒壓和浮充的輸出特性，滿足電動(dòng)汽車(chē)直流快充設(shè)備高速、高效的需求。
　　數(shù)字化控制模塊工作原理：該充電樁功率模塊的系統(tǒng)框圖如圖1所示。DC/DC模塊輸入電源一般從電網(wǎng)側(cè)經(jīng)單相或三相整流及PFC處理后取得，主電路選用適合大功率變換的隔離型全橋拓?fù)洌潋?qū)動(dòng)采用數(shù)字移相控制策略。為抑制二極管在反向恢復(fù)期間的震蕩尖峰，在整流橋輸出側(cè)加入無(wú)源RCD尖峰吸收電路。該功率模塊選用RENESAS公司RH850/C1H（具體型號(hào)：R7F701270EABG）作為MCU主控單元，通過(guò)通信端口可與其所對(duì)接的電池管理系統(tǒng)（BMS）對(duì)電池負(fù)載進(jìn)行通信識(shí)別，結(jié)合各采樣電路將采樣信號(hào)送入MCU后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、程序運(yùn)算做出終的充電控制決策。MCU也對(duì)整個(gè)充電模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)與保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)超出正常運(yùn)行范圍或出現(xiàn)故障時(shí)，可通過(guò)硬件保護(hù)電路或啟動(dòng)軟件保護(hù)程序閉鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
　　　模塊控制設(shè)計(jì)：充電樁模塊的控制部分主要由RENESAS公司RH850/C1H MCU、驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)與保護(hù)電路以及通信模塊組成，控制系統(tǒng)以MCU為，通過(guò)各部分相互協(xié)作控制系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行。這里重點(diǎn)講述MCU模塊與驅(qū)動(dòng)電路模塊。
　　MCU模塊：RH850/C1H采用252針引腳封裝技術(shù)，工作頻率240MHz的雙核控制器，支持浮點(diǎn)運(yùn)算單元、系統(tǒng)錯(cuò)誤通知功能、存儲(chǔ)器保護(hù)單元，支持2MB程序閃存，8KB的指令高速緩存、32KB的數(shù)據(jù)緩存。支持時(shí)鐘的串行接口、CAN接口，支持12位A/D轉(zhuǎn)換器。RH850/C1H微控制器具有解析器/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（RDC）、增強(qiáng)型電機(jī)控制（EMU）單元、功能安全和診斷功能，支持ISO26262。
　　驅(qū)動(dòng)電路模塊：良好的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具有抗干擾能力強(qiáng)和故障保護(hù)等特性，對(duì)功率模塊工作的穩(wěn)定性和安全性有著至關(guān)重要的作用。本次驅(qū)動(dòng)模塊選用Silicon Labs隔離柵極驅(qū)動(dòng)器Si826x/Si823x，其為一種雙通道高壓、高速電壓型功率開(kāi)關(guān)器件柵極驅(qū)動(dòng)器，其中Si826x是首款基于CMOS工藝的數(shù)字、可直接替換光電耦合隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器。之所以選擇Si826x/Si823x系列隔離柵極驅(qū)動(dòng)器，是因?yàn)槠渚哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：
　　1、Si826x/Si823x隔離柵極驅(qū)動(dòng)器支持高達(dá)5kV隔離等級(jí)和10kV浪涌保護(hù)。
　　2、Si826x/Si823x隔離柵極驅(qū)動(dòng)器采用調(diào)制的高頻載波，代替LED模擬光電耦合驅(qū)動(dòng)器。其簡(jiǎn)化的數(shù)字架構(gòu)能提供可靠的隔離數(shù)據(jù)路徑，因而無(wú)需在啟動(dòng)時(shí)做特殊考慮或初始化。
　　3、雖然Si826x/Si823x輸入電路模擬LED特性，但是由于驅(qū)動(dòng)電流較小，可獲得更高的效率。
　　4、Si826x/Si823x器件的傳播延遲與輸入驅(qū)動(dòng)電流無(wú)關(guān)，因而連續(xù)的傳播延時(shí)短（25ns）、單元間變化小，并且輸入電路設(shè)計(jì)更加靈活。
　　5、Si826x/Si823x隔離柵極驅(qū)動(dòng)器的傳播延遲和斜率與光電耦合驅(qū)動(dòng)器相比低10倍，可提升反饋環(huán)路的響應(yīng)時(shí)間，增強(qiáng)系統(tǒng)效率。
　　6、Si826x/Si823x器件還具備超強(qiáng)的抗干擾能力，在諸如在惡劣嘈雜環(huán)境控制充電樁電機(jī)時(shí)，能提供可靠的長(zhǎng)時(shí)間無(wú)毛刺性能。與光電耦合驅(qū)動(dòng)器不同，隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器在全溫度和時(shí)間范圍內(nèi)性能穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生漂移。
　　由于以上優(yōu)勢(shì)，Si826x/Si823x隔離柵極驅(qū)動(dòng)器比光電耦合驅(qū)動(dòng)器具有更長(zhǎng)的服務(wù)壽命和顯著的高可靠性。Si826x/Si823x器件支持高達(dá)30V的柵極驅(qū)動(dòng)電壓，峰值輸出電流范圍0.6-4.0A，可為MOSFET和IGBT應(yīng)用提供的驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度，確保外部開(kāi)關(guān)晶體管的快速開(kāi)關(guān)效率達(dá)到狀態(tài)。在充電樁電源逆變器應(yīng)用中，Si826x/Si823x柵極驅(qū)動(dòng)器非常適用于驅(qū)動(dòng)功率MOSFET和絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。
　　仿真分析：根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，通過(guò)Saber軟件對(duì)該充電系統(tǒng)的相關(guān)特性進(jìn)行了初步的仿真分析，該直流充電樁功率模塊仿真電路主要包括ZVS移相全橋主電路、采樣電路、補(bǔ)償運(yùn)放電路、PWM單元、移相控制單元、死區(qū)發(fā)生單元。由圖2可知，仿真波形與理論分析相符，并可明顯看出移相角和死區(qū)時(shí)間。
　可知，在恒流模式下當(dāng)負(fù)載從15Ω突變到20Ω時(shí)，電流出現(xiàn)小幅波動(dòng)后保持恒定而電壓隨負(fù)載變化而變化。
　　充電系統(tǒng)中仿真驅(qū)動(dòng)電路恒壓輸出特性波形由圖4可知，在恒壓輸出模式下當(dāng)輸出負(fù)載從半載突然上升到額定載時(shí)，電壓輸出不變而電流隨負(fù)載的變換而變化。通過(guò)對(duì)以上仿真波形的分析，初步驗(yàn)證了該項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的合理性。