【導(dǎo)讀】隨著電動(dòng)汽車的普及，電動(dòng)汽車充電器開始無處不在，以至于現(xiàn)在立法規(guī)定新的住宅和工業(yè)建筑都要設(shè)有充電點(diǎn)。雖然主電源轉(zhuǎn)換技術(shù)是一個(gè)創(chuàng)新不斷的領(lǐng)域，但也需要低功率輔助 AC/DC 和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。本文將討論這些低功率輔助轉(zhuǎn)換器需要滿足的規(guī)格。
各種形式的電動(dòng)汽車 (EV) 已越來越普及。根據(jù)「EV-Volumes」的數(shù)據(jù)顯示（圖 1），2021 年全球銷量高達(dá) 675 萬(wàn)輛，比 2020 年的銷量增長(zhǎng)了 108%。
圖 1：全球電動(dòng)汽車銷量增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)來源 www.EV-volumes.com
這種增長(zhǎng)背后的「驅(qū)動(dòng)因素」是顯而易見的：環(huán)保意識(shí)的提升、燃料價(jià)格的上漲以及政府設(shè)定的二氧化碳減排目標(biāo)。在英國(guó)，某些法律將在 2022 年生效，這將要求每個(gè)設(shè)有停車位的新建住宅都要有一個(gè)充電點(diǎn)。與此同時(shí)，幾個(gè)歐洲國(guó)家提議的禁止銷售新的純汽油和純柴油車輛的法令已從 2040 年提前至 2035 年。公共充電站也正在迅速推出，功能也越來越多。例如從 2023 年 6 月起，為了方便使用，在德國(guó)新的充電站都必須配備借記卡或信用卡讀卡器。
因此充電器的復(fù)雜程度可以從簡(jiǎn)單的車載慢充（家用單相交流供電）到800V或更高壓的超高速直流快充（由工業(yè)的三相交流供電），具有多個(gè)處理器和接口來控制電力輸送和安全功能，以及通過「云端」提供安全報(bào)告和計(jì)費(fèi)服務(wù)。
電動(dòng)汽車充電器需要輔助電源
每個(gè)DC充電器都需要輔助電源。雖然幾 kW 功率的主轉(zhuǎn)換器能夠產(chǎn)生低功率輔助電源，這可能來自于 PFC 電感器的繞組，但出于各種原因這樣做通常不是明智的選擇。例如空載的時(shí)候，DC充電器的主電源轉(zhuǎn)換器的工作效率較低會(huì)造成大量損耗。因此，如果待機(jī)需要輔助電源，最好從低功率 AC/DC 轉(zhuǎn)換器獲取并同時(shí)關(guān)閉主轉(zhuǎn)換器以降低損耗。低功率 AC/DC 轉(zhuǎn)換器在作為輔助電源應(yīng)用時(shí)可呈現(xiàn)出較高的轉(zhuǎn)換效率。此外，擁有獨(dú)立輔助電源使主轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)和關(guān)閉更加安全可靠。使用獨(dú)立的低功率 AC/DC 轉(zhuǎn)換器還可以為系統(tǒng)的其他功能電路提供隔離供電，這有助于避免接地回路、EMC 問題以及接口的安全問題。當(dāng)然， 隔離或非隔離 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 可以串接在輔助 AC/DC 轉(zhuǎn)換器后端，通過調(diào)整來產(chǎn)生各功能電路所需的工作電壓并滿足噪聲水平的要求。
充電器所在的惡劣環(huán)境
EV DC 充電器的輔助 AC/DC 和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器必須克服特定的環(huán)境挑戰(zhàn)，而且一般都會(huì)期望它們有較長(zhǎng)的使用壽命和一定的可靠性。器件要求至少是「工業(yè)級(jí)」的，也需要滿足特定的標(biāo)準(zhǔn)，例如 EN 61851-23《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)：直流電動(dòng)汽車充電站》。
該標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了許多領(lǐng)域并引用了其他文件，但有特別指出 EV充電器 充電器的電源必須符合過電壓類別 (OVC) III 或 IV。目前市場(chǎng)上的大多數(shù)的 工業(yè)級(jí) AC/DC 轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換器都不符合，因?yàn)樵谠缙诘脑O(shè)計(jì)中通常是參考 II 類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。OVC 是指例如由雷擊產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓；根據(jù)IEC 60664-1的相關(guān)脈沖電壓在圖2中進(jìn)行了匯總說明。
圖 2：不同標(biāo)準(zhǔn)的過電壓類別 (OVC)
從建筑物的輸入到配電系統(tǒng)的末端設(shè)備,浪涌保護(hù)裝置 (SPD) 如圖 2 所示（Class B、C 和 D ），它們可以消耗/吸收浪涌的脈沖能量。未標(biāo)注的Class A SPD是低壓配電系統(tǒng)的一部分，Class B 的特征是10/350μs 電流波形，通常使用氣體放電管。Class C SPD 的特征是 8/20μs 電流波形，而Class D的特征是 1.2/50μs 電壓波形和 8/20μs 電流波形的組合。Class C 和 D通常是使用金屬氧化物壓敏電阻 (MOV)，在Class D前面總會(huì)有一個(gè)Class C。MOV 的使用壽命有限，鉗位電壓會(huì)隨著每次浪涌沖擊降低直到接近正常的工作電壓，而且漏電流會(huì)持續(xù)增加直到過熱出現(xiàn)故障。由于這個(gè)原因， SPD所用的 MOV 通常采用 DIN 導(dǎo)軌格式，這樣可以直觀看到它的健康狀態(tài)。
安裝 EV 充電器時(shí) (尤其是公共充電器)，如果環(huán)境屬于 OVC IV，我們可以預(yù)期無論如何都會(huì)有 SPD 來將等級(jí)降到 OVC III 并為主電源轉(zhuǎn)換器提供交流供電，但這不能保證只有OVC II的 AC/DC 電源能安全可靠地工作，因此任何輔助AC/DC 電源 通常需要有承受 OVC III 的瞬變電壓的能力，基于此目前大多數(shù)的商業(yè)類電源并不適用。任何設(shè)備的過電壓等級(jí)所需的安全間隙與海拔高度之間也存在關(guān)系。在海拔2000m以下時(shí)不需要考慮修正系數(shù)，但在海拔更高的地方必須逐漸增加電氣間隙，例如 5000m 需要 x1.48倍增系數(shù)。有時(shí)候這個(gè)重要的考慮因素會(huì)被忽略，但世界上有 8 個(gè)國(guó)家的首都海拔超過 2000 m，而且將來一定會(huì)有EV充電站。
電動(dòng)汽車輔助電源的安全標(biāo)準(zhǔn)
目前版本的EN 61851- 23:14仍然引用EN 60950-1作為安全標(biāo)準(zhǔn)，盡管該標(biāo)準(zhǔn)在2020年底已經(jīng)過時(shí)，并被EN 62368-1取代，而EN 62368-1在電動(dòng)汽車應(yīng)用中通常是可以接受的。但是，用戶需要驗(yàn)證所需的確切規(guī)格。例如，EN 61851-1要求安全隔離變壓器應(yīng)符合IEC 61558-1。EN 62368-1將該標(biāo)準(zhǔn)作為一個(gè)附加選項(xiàng)，盡管它有局限性。因此，已經(jīng)擁有IEC 61558-1認(rèn)證的AC/ DC是更安全的選擇。符合IEC/EN 60335-1認(rèn)證的電源也適用于最大輸出120VDC的充電器，例如可用于插電式混合動(dòng)力車或帶有48V或72V電池的電動(dòng)滑板車。
EV DC充電器的AC電源供電電壓將以應(yīng)用的地點(diǎn)位置來決定，它可能是家用單相的 115/230VAC、工業(yè)/商業(yè)的三相 400VAC 或 480VAC。三相供電時(shí)的低功率輔助 AC/DC 轉(zhuǎn)換器通常是連接相線與中性線，需要在 480VAC 系統(tǒng)以 277VAC 標(biāo)稱電壓工作，而有一些低功率 AC/DC 可以直接在480VAC delta 系統(tǒng)以最大相間電壓運(yùn)行，最高可達(dá)528VAC。
電動(dòng)汽車充電器的物理環(huán)境
EN 61851-23 規(guī)定EV DC充電器的環(huán)境要求最小污染等級(jí)，即室外使用為 PD3 ，室內(nèi)使用為 PD2 ，但如果是在工業(yè)區(qū)的話也必須為 PD3 。PD3污染的定義如下：「有導(dǎo)電性污染，或由于凝露使干燥的非導(dǎo)電性污染變成導(dǎo)電性的?！故聦?shí)上，這就代表電子設(shè)備必須有涂層或封裝，或大幅增加爬電距離以避免在環(huán)境潮濕、骯臟或多塵的情況下發(fā)生故障和電壓擊穿，而這些正是車庫(kù)或開放式停車位最常見的環(huán)境。
EV 充電器設(shè)備的熱額定值也必須與潛在的惡劣環(huán)境相匹配，例如零度以下的溫度和高達(dá)60度以上的戶外陽(yáng)光下。通常應(yīng)用環(huán)境溫度為-40°C至+85°C的“工業(yè)級(jí)”AC/DC電源已經(jīng)是足夠的。
提供現(xiàn)成的模塊
雖然低功率 EV DC 充電器的要求很復(fù)雜，但 RECOM 提供了一系列的現(xiàn)成產(chǎn)品適合多種應(yīng)用。有針對(duì)高污染環(huán)境的3W 至 40W 微型封裝模塊的 RAC 系列AC/DC模塊。除了 85–264VAC 的「標(biāo)準(zhǔn)」輸入范圍以外，一些型號(hào)標(biāo)稱 277VAC 的額定輸入為 305VAC，而 RAC05-K/480 的額定輸入電壓高達(dá) 528VAC（圖 3）。所有AC/DC模塊的工作環(huán)境溫度從 -40°C 到至少 +80°C，符合 OVC III 等級(jí)或?yàn)榭蛇x。所有AC/DC模塊提供完整的安全認(rèn)證，IEC/EN 62368-1 是最低要求，有一些模塊通過家用認(rèn)證IEC/EN 61558 或 EN 60335-1，而有些甚至通過醫(yī)療認(rèn)證 IEC/EN 60601-1。
圖 3：RECOM RAC05-K/480 額定輸入為 528VAC，符合 OVC III 等級(jí)
RECOM 還可以提供種類齊全的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，適用于主逆變器的柵極驅(qū)動(dòng)電源、隔離式通信接口、隔離式輔助電源供電和非隔離式轉(zhuǎn)換器。這些轉(zhuǎn)換器皆具備堅(jiān)固性和高質(zhì)量以在嚴(yán)苛的環(huán)境中工作。
結(jié)論
EV DC充電是一個(gè)具有特殊技術(shù)要求的新興市場(chǎng)。成本和尺寸也是其中的驅(qū)動(dòng)因素，但 RECOM 的產(chǎn)品不僅可以匹配模塊化AC/DC 輔助電源，還能與通用 DC/DC 轉(zhuǎn)換器配合使用。
文獻(xiàn)
[1] https://www.ev-volumes.com/
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