充电桩方案设计常用的两种拓扑结构，附实战方案

随着电动汽车（EV）的普及，对高效、可靠的充电基础设施的需求也在不断增长。充电桩作为电动汽车与电网之间的桥梁，其设计至关重要。在设计充电桩时，电气工程师需要考虑多个因素，包括安全性、效率、成本和适应性等。本文将探讨充电桩方案设计中常用的两种拓扑结构：单相拓扑结构和三相拓扑结构，并提供相应的解决方案。

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一、单相拓扑结构

单相拓扑结构是较为简单的一种设计，通常用于功率需求较低的家庭或小型商业充电桩。它利用单相交流电为电动汽车充电，适用于大多数家庭用电环境。这种拓扑结构的优势在于：

1. 简单易用：由于单相电广泛存在于住宅环境中，所以使用单相拓扑结构的充电桩易于安装和操作。

2. 成本效益：相较于复杂的多相系统，单相充电桩的成本更低，适合个人用户或者小规模应用。

3. 低噪音运行：因为电路较简单，产生的电磁干扰较少，使得设备运行更加安静。

然而，单相拓扑结构也有它的局限性，比如充电速度相对较慢，不适用于大功率快速充电站。对于那些希望在短时间内充满电池的用户来说，单相充电桩可能不是最佳选择。

二、三相拓扑结构

三相拓扑结构则是更高级的选择，通常应用于公共快速充电站或是大型商业设施中。三相电可以提供更高的功率输出，能够支持更快的充电速度。以下是三相拓扑结构的主要特点：

1. 高效充电：三相电能提供更多的电力，允许更大电流通过，从而实现更短时间内的高效充电。

2. 功率平衡：三相系统能够在三个导线间平均分配负载，减少电线发热和损耗，提高整体效率。

3. 适应性强：三相充电桩可以灵活地调整输出功率以匹配不同类型的电动汽车需求，包括高性能车型。

4. 可扩展性：基于三相系统的充电桩更容易进行升级和扩展，以满足未来可能增加的充电需求。

尽管三相充电桩具有诸多优势，但它们也存在一些缺点，如较高的初始投资成本和复杂度。此外，并非所有地点都能方便接入三相电源，这限制了三相充电桩的应用范围。

实战方案推荐：

意法半导体3 kW 全桥 LLC 谐振数字电源方案

方案简介：

一款数字控制的3 kW全桥LLC谐振DC-DC转换器，具有输出同步整流功能。该套件由电源板、数字控制板、适配器板和固件模块组成。

LLC转换器的全桥初级部分基于MDmesh DM2功率MOSFET，可实现高效率性能。PWM开关频率通过数字控制来调节输出电压。该转换器在接近谐振的频率下工作，以最大限度地提高效率，并在整个工作范围内实现零电压开关 （ZVS）。

数字控制板上的STM32F334微控制器嵌入了高分辨率定时器，可实现更精细的调节，并可通过 USART、CAN、SMBus 和光耦合串行通信来传输状态信息。

方案特点：

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• 额定功率：
• 输入直流电压：375 V 至 425 V
• 输出电压：48 V
• 最大输出电流：62.5 A
• 输出功率：3 kW
• 峰值效率：95.3%
• 高频变压器隔离电压：4 kV
• 谐振和开关频率：
• 最大DC-DC开关频率：380 kHz（启动时）
• 闭环开关频率：120kHz 至 250kHz
• 谐振频率：175 kHz
• 保护机制：
• 输入和输出端的欠压和过压保护
• 过热保护
• 短路保护
• 根据输出功率和温度调节空气流速的强制冷却
• 效率：
• 自适应同步整流

• 轻负载突发模式

  
  

应用场景：

面向EV交流充电桩市场需求，极海采用基于Cortex-M4F内核的高适配型APM32F411系列MCU实现应用。该芯片具有高速运算能力，可满足系统精确的电源管理与充电控制需求；具备多种工作模式，实现灵活的充电桩运行控制；拥有丰富的高精度外设资源，以实现对系统参数的高精度监控，并简化系统设计。凭借APM32F411系列MCU优秀的产品特性，可满足市场对充电桩应用在功耗、性能、性价比等方面的综合需求。

 

先楫HPM6280电源LLC方案