CLLC拓扑在电动汽车双向OBC车载充电机中的应用

随着双碳目标的推进，电动汽车车载充电机（以下简称“OBC”）正朝双向能量传输的方向发展，它既能从电网获取电能，又可以将电能反馈至电网，配置了双向OBC的电动汽车可以用剩余电量为耗尽电量的电动汽车充电，也可以在户外充当220V电源，还可以被当做分布式储能站，帮助电网消峰填谷。

本文我们以一款6.6kW的双向OBC为例探讨CLLC拓扑在双向OBC中的应用。

什么是CLLC拓扑？

隔离DCDC是构成OBC的重要部分之一，在很多单向OBC隔离DCDC级都会用到LLC拓扑，比如澳门人威尼斯新能源研发生产的单向OBC便应用了LLC拓扑，它具有能效高、抗EMI表现好、可靠性高等优势。

而双向OBC中的隔离DCDC级都会采用CLLC拓扑，它是将LLC拓扑中电池侧的桥式整流二极管换成有源桥，然后再在变压器的电池端串上一个C来确保磁平衡，在给电池充电的时候，左侧的桥做主动开关，右侧的桥做同步整流；当电池向外做逆变的时候，右侧的桥做主动开关，左侧的桥做同步整流。

CLLC拓扑采用脉冲频率调节来控制增益，它继承了LLC拓扑的优点，同样具有软开关特性，能效高、抗EMI表现好、开发难度低，更易于双向OBC的批量生产与应用。

下面我们以一款6.6kW双向OBC的CLLC拓扑为例，来帮助设计人员解决开发过程中的挑战，这款双向OBC采用宽母线电压范围来应对电池电压的变化，峰值能效高达98%，它主要包含三个主要部分。

如下图所示，中间那片大板是功率板，所有高压大电流的线路都会在这片板上；右上角是控制板，通过接插件与功率板相连，方便在不同功率方案之间做交叉测试；左侧是谐振腔组合，包含了一个集成了谐振电感的变压器和两个谐振电容板。

谐振电容有多颗MLCC串并联组成，可以满足在耐压和电流的要求下实现更小体积，谐振腔是可以拆卸的，方便设计人员验证不同变压器、电感和电容的参数。此方案中包含了散热器、风扇、辅助电源、保护电路等，直接连接电源与负载就可以在满载情况下做长时间测试。

在功率板中，位于母线侧和电池侧的两个有源桥分别由四颗1200V/40毫欧NVHL040N120SC1和四颗900V/20毫欧NVHL020N90SC1碳化硅MOS构成，碳化硅（SiC）相比Si可实现更高的功率密度、更高的开关频率和极高效的设计，驱动这八颗SiC MOS的是八颗磁隔离大电流驱动器，驱动信号由控制板通过控制接口送出，控制接口的所有信号都位于电池侧，电平不超过12V。

电池端的电压、电流被采样完后通过分压、放大后直接送到控制接口；母线侧的电压采样由一颗独立的ADC来完成，数据通过SPI总线再经数字信号隔离器传送到控制接口。

在控制板中，此款OBC采用了一颗车规级的LLC控制芯片，用来做脉冲频率调制（以下简称“PFM”）与同步整流控制；它用低功耗MCU来做充电的恒压值设定，用车规级轨到轨运放来做恒流充电控制，再配上车规级逻辑器件来做电网到电池和电池到电网方向的判断和转换。

电路细节的设计考虑

如果想节约成本，可以把1200V和900V SiC MOS换成900V和650V SiC MOS，但需要控制好开关尖峰，最好从降低PCB寄生电感着手，可以通过添加旁路电容实现，由于高电压低Rdson的SiC MOSFET器件Qg很大，为了在高开关频率下维持高效，必须用大电流的门极驱动器来驱动。另外，此方案的控制接口位于电池侧，驱动母线侧的MOS必须要隔离，而且要符合安规。

选择高压辅助电源的最佳拓扑

此款6.6kW双向OBC的辅助电源采用了“反激+Buck-boost”的拓扑，用于应对高达750V的母线电压，如下表所示，相较于其他3种拓扑，这种反激+Buck-boost拓扑在成本、能效、输入电压下限、可靠性和母线电容分压平衡方面都更胜一筹。

双沿跟踪自适应同步整流控制

前面我们提到，在控制板中采用LLC控制器来做PFM环路和同步整流控制，此控制器采用电流模式，环路响应快，不易震荡，自带双沿跟踪同步整流控制功能。

在PFM模式和间歇工作模式之间插入了一段PWM工作模式，目的是改善轻载下的能效和电压纹波，而且它的保护功能也非常强大，值得强调的是，这种双沿跟踪同步整流控制方法已获市场验证是非常靠谱的。

总结

新能源电动汽车的OBC正朝着双向能量传输的方向发展，以配合双碳目标的推进。澳门人威尼斯新能源不仅在单向OBC市场上取得了傲人的成绩，为全球400余家厂商客户配套制造供应单向OBC产品，而且在双向OBC领域也不断突破。

目前澳门人威尼斯22kW双向OBC正处于研发阶段，即将在市场上崭露头角，它符合GB/T18487.1_2015、IEC61851.1_2017和SAE J1772_2017标准，这款双向OBC产品比上文提到的6.6kW双向OBC功率更大、能效更高、应用范围更广，让我们一起期待它的上市。