Explorez les solutions de recharge rapide pour véhicules électriques de Murata, y compris les cinq caractéristiques clés à prendre en compte lors de la sélection d'un convertisseur CC-CC isolé.
La conception de solutions de recharge rapide pour véhicules électriques (EVSE) pose un certain nombre de défis. Pour ce type d'application, la conversion de l'alimentation CA-CC se produit à l'intérieur du chargeur, plutôt que via le chargeur embarqué (OBC) du véhicule, comme cela est le cas avec les équipements moins puissants. De même, la tension de charge CC peut aller de 300 V à plus de 900 V, tandis que les courants peuvent atteindre 500 A.
Un chargeur rapide CC est généralement composé d'un redresseur CA-CC et d'un convertisseur CC-CC isolé. Pour des performances et une fiabilité optimales, une attention particulière doit être accordée aux caractéristiques du chargeur CC-CC isolé, notamment en garantissant une sortie de tension bipolaire, une isolation suffisante et la capacité de supporter des tensions élevées en continu.
Voici les facteurs les plus importants à prendre en compte lors de la sélection d'un convertisseur CC-CC isolé pour les applications EVSE.
1. Permettre une puissance importante pour une commutation rapide
Pour répondre aux exigences élevées des applications de charge rapide et au besoin de commutation rapide, le pilote de grille doit être soigneusement conçu et suffisamment alimenté, ce qui nécessite normalement un convertisseur CC-CC.
Fig. 1. Le convertisseur CC-CC alimente le circuit de grille d'un interrupteur d'alimentation côté haute tension
Le convertisseur CC-CC doit fournir suffisamment de puissance pour charger et décharger la capacité de grille de l'interrupteur d'alimentation. Cela peut être calculé comme le produit de la charge de la grille, de la fréquence PWM et de l'oscillation de la tension de grille, avec des valeurs dépendant de l'interrupteur d'alimentation choisi.
REMARQUE : afin de minimiser les effets négatifs des transitoires et s'assurer que la caractéristique de désactivation est bien définie, les concepteurs doivent généralement appliquer une tension de désactivation négative.
2. Sélection du convertisseur de puissance approprié
Le tableau 1 compare les exigences de commande de grille pour la version typique des interrupteurs d'alimentation haute tension sur le marché : IGBT ou MOSFET au silicium, MOSFET au carbure de silicium (SiC) et MOSFET au nitrure de gallium (GaN).
| Type d'appareil | Seuil de tension (VGTH) |
Commutation à la mise sous tension/hors tension | Charge de la grille (valeur de la fiche technique) | Charge de la grille sur une oscillation à pleine tension | Fréquence | Alimentation |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 200 V IGBT | 5,7 V | +15 V/-9 V | 285 nC (0 V-15 V) | 456 nC (-9 V – 15 V) | 20 kHz | 86 mW |
| 1 200 V SiC FET | 2,6 V | +20 V/-5 V | 118 nC (-5 V-20 V) | 118 nC (-5 V-20 V) | 200 kHz | 590 mW |
| 650 V GaN | 1,3 V | +6 V/-3 V | 12,1 nC (0 V-6 V) | 18,2 nC (-3 V - 6 V) | 1 MHz | 164 mW |
| 650 V MOSFET | 4 V | +15 V/-5 V | 125 nC (0 V-10 V) | 250 nC (-5 V - 15 V) | 100 kHz | 500 mW |
Tableau 1. Comparaison des exigences de commande de grille pour les interrupteurs d'alimentation haute tension typiques
La tension et le courant doivent également être pris en compte, car les transistors de puissance disposent d'une grande marge entre la tension de commutation de seuil (VGTH) et la tension maximale. Une oscillation de tension plus importante exige une puissance de commande de grille plus élevée, la tension doit donc être choisie pour maximiser l'efficacité et les performances EMC.
3. Création d'une sortie de tension bipolaire
Il existe plusieurs façons pour un convertisseur CC-CC de fournir une sortie de tension bipolaire. Les séries 1 W et 2 watts MGJ1 * MGJ2 de Murata prennent en charge des tensions de sortie fixes.
Grâce à une technologie brevetée, les convertisseurs MGJ3 de 3 watts et MGJ6 de 6 watts fournissent les tensions nécessaires requises pour les IGBT au silicium, les MOSFETS au silicium ou les MOSFETS SiC à partir d'une configuration de sortie unique. En s'allumant ou en s'arrêtant avec une commande marche/arrêt, ces appareils réduisent le risque de fuite.
Murata propose une gamme de produits offrant des combinaisons de tensions positives et négatives et des sorties spéciales.
Figure 2. Une configuration à sortie unique peut fournir diverses tensions de commande de grille positives et négatives.
REMARQUE : si une haute tension est appliquée à l'interrupteur lorsque le chargeur reprend son fonctionnement après une période d'inactivité, la grille pourrait être mise sous contrainte avant que les niveaux de fonctionnement ne se stabilisent. Pour éviter ce problème, les convertisseurs CC-CC MGJ de Murata sont dotés de sorties bloquées pour limiter la tension à vide à une valeur sûre.
4. Minimiser les pics de tension
Pour minimiser le risque de pics de tension perturbatrices à travers les résistances et les inductances de connexion, il est important de sélectionner un convertisseur CC-CC ayant une faible capacité de couplage. Les convertisseurs MGJ de Murata ont une faible capacité de couplage, généralement 3-4pF.
5. Isolation suffisante pour résister aux hautes tensions
Les convertisseurs CC-CC isolés pour les chargeurs rapides EV doivent être capables de supporter des tensions élevées continues à travers la barrière d'isolement tout en maintenant les performances. De plus, ils ne devraient montrer aucun signe de dégradation due aux effets de décharge. Lors des tests, la gamme de solutions de la série MGJ de Murata est conçue pour un fonctionnement continu jusqu'à 3 KV.
Résumé
En raison des tensions latérales élevées et de la conception complexe du pilote de grille requise pour l'EVSE, les concepteurs doivent rechercher un convertisseur CC-CC isolé offrant :
• Sortie bipolaire capable de produire un signal de coupure inférieur à 0 V
• Tension de sortie bloquée ou exigence de charge minimale très faible
• Faible capacité d'isolement
• Isolation capable de résister à une haute tension continue
Avec toutes ces caractéristiques à l'esprit, les convertisseurs CC-CC MGJ de Murata sont parfaitement adaptés aux solutions de charge rapide des véhicules électriques.
Voir les produits connexes
MGJ2D241509SC
Murata Power Solutions Convertisseur CC en CC et module de régulateur de commutation AfficherVoir les produits connexes
MGJ2D122005SC
Murata Power Solutions Convertisseur CC en CC et module de régulateur de commutation AfficherVoir les produits connexes
MGJ2D121509SC
Murata Power Solutions Convertisseur CC en CC et module de régulateur de commutation Afficher