轻松搞定新能源汽车充电机，设计步骤详解！

在新能源汽车里面一般有以下的单元。

充电机：充电机一般有三块电路，逻辑控制电路、交流输入级和DC-DC；这三块都是要隔离的，只有逻辑控制电路需要同12V链接在一起，其整体架构可以通过单路的SBC来实现。
DC-DC：也是前后两级，高压级和低压级。高压级的控制，需要隔离，后面的12V，也可以用SBC。
BMS：BMS分子单元和主单元；子单元的电压轨道需要隔离；主单元一般有3～4路CAN，与子单元通信，与VCU通信还有诊断通路。
逆变器：逆变器的主要由控制逻辑电路、驱动电路和功率部分所组成的，电源设计的难点主要是在驱动电路的多路电源供给。

本文主要针对车载充电机部分进行展开。

第一部分车载充电机

比如我们拿出一个典型的新能源汽车充电机的整体规格来看：

图1 典型的新能源汽车车载充电机

在WEBENCH里面的实测结果如下：

图2 WEBENCH的主体结果

那这个工具如何能帮到我们的工程师呢？这里我们就重点来对整个设计进行分解，一般的车载充电机可以分为：

LLC
全桥
正激

其主体部分是高压对高压，对WEBENCH的要求比较高。

图3典型充电机主拓扑

而我们整体勾勒出整个充电机的系统架构可以看出：

主控电源的供给电路（非隔离电源）
充电机整个偏置电路的供给（隔离电源）

图4 典型的新能源汽车车载充电机

第二部分辅助电源设计

2.1 先来谈汽车电子里面主控电源的供给电路：

电源设计是需要单独进行考虑的，主要考虑的问题如下：

模块电源分配：确认其他电路模块需要的电压和电流
模块电源保护：涉及三方面内容，反接保护电路、瞬态抑制电路和静电防护。
模块电源的管理策略：主要包含电压幅度管理策略、静电电流管理和睡眠唤醒策略三方面内容

低功率LDO设计：为逻辑电源、测量电路和传感器设计稳压电源

高功率DC-DC电源设计：为功率需求较大的电路部分设计稳压电源，我们这里首先考虑使用DCDC的电源设计方法

图5 汽车电子主控电源设计概览

我们往常的设计流程为：

草案设计，使用Matchad或者Excel将所有的参数进行罗列和计算，将所有的器件设计参数导入至输入级
仿真和最坏情况分析用Mathcad进行初步计算，然后使用Saber做细节仿真
实测常温下和各种输入状态下的情况
环境实验、EMC实验摸底
可靠性试验定性测试

在电源设计中，首要的是确认电源的设计指标，器件选型：对于器件选型还需要可靠性知识和按照器件的降额标准，关键元器件IC 、L、C、D，R选择、评估与计算；

A.电源IC选型：最主要的三个参数是：输入电压、输出电压及最大输出电流。据产品的工作电流来选择：较合适的是工作电流最大值为电源IC最大输出电流的70～90%。

B.电感选型：这里需要考虑的参数主要有，电感量，DCR（频率高的还要考虑ACR），饱和电流Isat有效电流Irms

电感量L：导致DC-DC效率降低，相应的电感成本也会增加。L越大，储能能力越强，纹波越小，所需的滤波电容也就小，L越大，通常要求电感尺寸也会变大，DCR增加。
根据电感的精度，计算出有一定裕量的电感值例如：对于20%精度的电感，考虑到5%的设计裕量。则DC-DC所需的电感为L=1.25*Lmin
确定我们所需的电感为比计算出的电感L稍大的标称电感

C.电容选型：设计考虑参数为：电容值、容差、耐压、ESR、使用温度、尺寸、材质、直流偏置效应、漏电流；商务考虑因素：价格、供货

输入电容计算：虽然不及CL 对输出稳定性的影响大，但CIN 也是电容值越大、ESR 越小则输出稳定性越好，纹波也越小。大到某种程度，降低输出纹波的效果会变小，从防止对输入侧的电磁干扰的意义上说，电容值应从CL 的一半左右。虽然是一般不常进行确认的数据，但对降低EMI 是很重要的数据。CIN 不会因ESR太小而输出振荡，所以尽量使用低ESR 电容。

输出电容计算：Cin=I load(Max)*D*(1-D)/Fs*(Delta_Vin-Iload(Max))*ESR.CIN；CL 越大则纹波越小，但过分大的话，电容器的形状也大，成本提高。CL 由所需的纹波大小而定。

D.二极管选型：IF正向电流要大，VF正向压降要小，反向回复时间快；首选肖特基二极管，额定电流必须大于电路峰值电流选取。SBD有关绝对最大额定值，根据与FET同样的理由，应选择相对于使用条件的1.5 倍～2 倍左右的产品。SBD 的损失为正向热损失VF×IF 和反向漏电流IR 引起的热损失的合计值。

2.2WEBECN设计过程

在WEBENCH的设计过程，主要把之前的控制点先完成了。

WEBENCH汽车设计工具：点击查看

基本的设计过程