隨著雙碳目標的推進，電動汽車車載充電機（以下簡稱“OBC”）正朝雙向能量傳輸的方向發展，它既能從電網獲取電能，又可以將電能反饋至電網。

配置了雙向OBC的電動汽車可以用剩余電量為耗盡電量的電動汽車充電，也可以在戶外充當220V電源，還可以被當做分布式儲能站，幫助電網消峰填谷。

本文我們以一款6.6kW的雙向OBC為例探討CLLC拓撲在雙向OBC中的應用。

什么是CLLC拓撲？

隔離DCDC是構成OBC的重要部分之一，在很多單向OBC隔離DCDC級都會用到LLC拓撲，比如迪龍新能源研發生產的單向OBC便應用了LLC拓撲，它具有能效高、抗EMI表現好、可靠性高等優勢。

圖1：雙向OBC框圖

而雙向OBC中的隔離DCDC級都會采用CLLC拓撲，它是將LLC拓撲中電池側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。

在給電池充電的時候，左側的橋做主動開關，右側的橋做同步整流；當電池向外做逆變的時候，右側的橋做主動開關，左側的橋做同步整流。

CLLC拓撲采用脈沖頻率調節來控制增益，它繼承了LLC拓撲的優點，同樣具有軟開關特性，能效高、抗EMI表現好、開發難度低，更易于雙向OBC的批量生產與應用。

下面我們以一款6.6kW雙向OBC的CLLC拓撲為例，來幫助設計人員解決開發過程中的挑戰。

圖2：6.6kW雙向OBC峰值效能

這款雙向OBC采用寬母線電壓范圍來應對電池電壓的變化，峰值能效高達98%，它主要包含三個主要部分。

如圖3所示，中間那片大板是功率板，所有高壓大電流的線路都會在這片板上；右上角是控制板，通過接插件與功率板相連，方便在不同功率方案之間做交叉測試；左側是諧振腔組合，包含了一個集成了諧振電感的變壓器和兩個諧振電容板。

圖3：三個主要部分 諧振電容有多顆MLCC串并聯組成，可以滿足在耐壓和電流的要求下實現更小體積，諧振腔是可以拆卸的，方便設計人員驗證不同變壓器、電感和電容的參數。

此方案中包含了散熱器、風扇、輔助電源、保護電路等，直接連接電源與負載就可以在滿載情況下做長時間測試。

在功率板中，位于母線側和電池側的兩個有源橋分別由四顆1200V/40毫歐NVHL040N120SC1和四顆900V/20毫歐NVHL020N90SC1碳化硅MOS構成，碳化硅（SiC）相比Si可實現更高的功率密度、更高的開關頻率和極高效的設計。

驅動這八顆SiC MOS的是八顆磁隔離大電流驅動器，驅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，電平不超過12V。

電池端的電壓、電流被采樣完后通過分壓、放大后直接送到控制接口；母線側的電壓采樣由一顆獨立的ADC來完成，數據通過SPI總線再經數字信號隔離器傳送到控制接口。

在控制板中，此款OBC采用了一顆車規級的LLC控制芯片，用來做脈沖頻率調制（以下簡稱“PFM”）與同步整流控制；它用低功耗MCU來做充電的恒壓值設定，用車規級軌到軌運放來做恒流充電控制，再配上車規級邏輯器件來做電網到電池和電池到電網方向的判斷和轉換。

電路細節的設計考慮

如果想節約成本，可以把1200V和900V SiC MOS換成900V和650V SiC MOS，但需要控制好開關尖峰，最好從降低PCB寄生電感著手，可以通過添加旁路電容實現。

由于高電壓低Rdson的SiC MOSFET器件Qg很大，為了在高開關頻率下維持高效，必須用大電流的門極驅動器來驅動。

另外，此方案的控制接口位于電池側，驅動母線側的MOS必須要隔離，而且要符合安規。

選擇高壓輔助電源的最佳拓撲

此款6.6kW雙向OBC的輔助電源采用了“反激+Buck-boost”的拓撲，用于應對高達750V的母線電壓，如表1所示，相較于其他3種拓撲，這種反激+Buck-boost拓撲在成本、能效、輸入電壓下限、可靠性和母線電容分壓平衡方面都更勝一籌。

表1：800V輸入電壓下可選的高壓輔助電源拓撲

雙沿跟蹤自適應同步整流控制

前面我們提到，在控制板中采用LLC控制器來做PFM環路和同步整流控制，此控制器采用電流模式，環路響應快，不易震蕩，自帶雙沿跟蹤同步整流控制功能。

在PFM模式和間歇工作模式之間插入了一段PWM工作模式，目的是改善輕載下的能效和電壓紋波，而且它的保護功能也非常強大，值得強調的是，這種雙沿跟蹤同步整流控制方法已獲市場驗證是非常靠譜的。

總結

新能源電動汽車的OBC正朝著雙向能量傳輸的方向發展，以配合雙碳目標的推進。迪龍新能源不僅在單向OBC市場上取得了傲人的成績，為全球400余家廠商客戶配套制造供應單向OBC產品，而且在雙向OBC領域也不斷突破。

目前迪龍22kW雙向OBC正處于研發階段，即將在市場上嶄露頭角，它符合GB/T18487.1_2015、IEC61851.1_2017和SAE J1772_2017標準，這款雙向OBC產品比上文提到的6.6kW雙向OBC功率更大、能效更高、應用范圍更廣，讓我們一起期待它的上市。

迪龍新能源/迪龍科技 占地150多畝，專注電源研發20年 產品包括 AC/DC、DC/DC電源模塊 電動汽車電源、車載電源 OBC車載充電機、車載DC/DC轉換器 咨詢熱線：400-666-9897 歡迎各位讀者朋友轉載、分享和評論

審核編輯：湯梓紅