絶縁型DC-DCコンバータを選択する際に考慮すべき5つの重要な特性を含む、村田製作所の電気自動車急速充電ソリューションをご覧ください。
電気自動車急速充電ソリューション (EVSE) の設計には、多くの課題が伴います。このタイプのアプリケーションでは、AC-DC電力変換は、低定格の機器の場合のように車両のオンボード充電器 (OBC) を経由するのではなく、充電器内で行われます。同様に、DC充電電圧は300Vから900Vを超える範囲で変化し、電流は最大500Aになります。
DC急速充電器は通常、AC-DC整流器と絶縁型DC-DCコンバータで構成されます。最適なパフォーマンスと信頼性を得るには、バイポーラ電圧出力、十分な絶縁、継続的な高電圧に耐える能力の確保など、絶縁型DC-DC充電器の特性を慎重に考慮する必要があります。
EVSEアプリケーション用の絶縁型DC-DCコンバータを選択する際に考慮すべき最も重要な要素を以下に示します。
1.高速スイッチングのための大きな電力の実現
急速充電アプリケーションの高い要件と高速スイッチングのニーズを満たすには、ゲート ドライバを慎重に設計し、十分な電力を供給する必要があり、通常はDC-DCコンバータが必要です。
図1. DC-DCコンバータはハイサイドパワースイッチのゲート回路に電力を供給する
DC-DCコンバータは、電源スイッチのゲート容量を充電および放電するのに十分な電力を供給する必要があります。これは、ゲート電荷、PWM周波数、ゲート電圧振幅の積として計算できます。値は、選択した電源スイッチによって異なります。
注: 過渡現象の悪影響を軽減し、ターンオフ特性が明確に定義されるようにするために、設計者は通常、負のターンオフ電圧を適用する必要があります。
2.適切な電力コンバータの選択
表1は、市販されている高電圧電力スイッチの一般的なバージョン (シリコンIGBTまたはMOSFET、シリコンカーバイド (SiC) MOSFET、およびガリウムナイトライド (GaN) MOSFET) のゲート駆動要件を比較したものです。
| デバイスタイプ | 閾値電圧 (VGTH) |
ターンオン/ターンオフ電圧 | ゲート電荷（データシート値） | フル電圧スイングでのゲート電荷 | 頻度 | 力 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1200V IGBT | 5.7V | +15V/-9V | 285nC (0V-15V) | 456nC (-9V – 15V) | 20kHz | 86mW |
| 1200V SiC FET | 2.6V | +20V/-5V | 118nC (-5V-20V) | 118nC (-5V - 20V) | 200kHz | 590mW |
| 650V窒化ガリウム | 1.3V | +6V/-3V | 12.1nC (0V-6V) | 18.2nC (-3V - 6V) | 1MHz | 164mW |
| 650V MOSFET | 4V | +15V/-5V | 125nC (0V-10V) | 250nC (-5V - 15V) | 100kHz | 500mW |
表1. 一般的な高電圧電源スイッチのゲート駆動要件の比較
パワートランジスタは閾値スイッチング電圧 (VGTH) と最大電圧の間に大きなマージンがあるため、電圧と電流も考慮する必要があります。電圧振幅が大きいほど、より高いゲート駆動電力が必要になるため、効率とEMCパフォーマンスを最大化するように電圧を選択する必要があります。
3.バイポーラ電圧出力の作成
DC-DCコンバータがバイポーラ電圧出力を提供する方法はいくつかあります。村田製作所の1Wおよび2W MGJ1 * MGJ2シリーズは固定出力電圧をサポートします。
特許取得済みの技術により、3ワットMGJ3および6ワットMGJ6コンバータは、単一の出力構成からシリコンIGBT、シリコンMOSFET、またはSiC MOSFETに必要な電圧を提供します。これらのデバイスは、オン/オフ制御で電源をオンまたはオフにすることで、貫通のリスクを軽減します。
村田製作所は、正電圧と負電圧の組み合わせと特殊出力を提供する幅広い製品を提供しています。
図2. 単一の出力構成で、さまざまな正および負のゲート駆動電圧を供給できます。
注意: 充電器が一定期間使用されなかった後に動作を再開したときにスイッチに高電圧が印加されると、動作レベルが安定する前にゲートに負荷がかかる可能性があります。この問題を防ぐために、村田製作所のMGJ DC-DCコンバータは、無負荷電圧を安全な値に制限するクランプ出力を備えています。
4.電圧スパイクの最小化
接続抵抗とインダクタンスを介した破壊的な電圧スパイクのリスクを最小限に抑えるには、結合容量が低いDC-DCコンバータを選択することが重要です。村田製作所のMGJコンバータは結合容量が低く、通常3 ～ 4pFです。
5.高電圧に耐える十分な絶縁
EV急速充電器用の絶縁型DC-DCコンバータは、絶縁バリアを越えた継続的な高電圧に対応しながら、パフォーマンスを維持できる必要があります。さらに、放電の影響による劣化の兆候も見られません。テストでは、村田製作所のMGJシリーズ ソリューションは、最大3KVまでの連続動作が評価されています。
まとめ
EVSEには高電圧と複雑なゲート ドライバ設計が必要であるため、設計者は次の機能を備えた絶縁型DC-DCコンバータを探す必要があります。
• 0V以下のターンオフ信号を生成できるバイポーラ出力
• クランプされた出力電圧または非常に低い最小負荷要件
• 低い絶縁容量
• 連続高電圧に耐えられる絶縁
これらすべての特性を考慮すると、村田製作所のMGJ DC-DCコンバータは電気自動車の急速充電ソリューションに最適です。
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