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充电桩采用光耦隔离,更安全可靠

来源:作者:2015-10-20点击:326

由于新能源汽车行业迅速发展,政府和企业都加大关注力度,我国正处于充电站基础设施建设的高峰期,未来几年充电桩产品将呈井喷式增长。
      ​充电桩功能类似于加油站里面的加油机,可以固定在地面或墙壁,安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内,可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接,输出端都装有充电插头为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式,人们可以使用特定的充电卡在充电桩上的人机交互操作界面上刷卡使用,进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作,充电桩显示屏可显示充电量、费用、充电时间等数据。
  
                                                ​                    充电桩原理图
                                                  
                   交流电经过整流后变为直流电,经过PFC升压,再经过DC TO DC 隔离转换得到输出电压,提供给汽车充电。主控MCU通过对强电侧电压电流信息的采样监控,控制功率器件的开通与关断,保障系统安全可靠运行。
该系统功率部分的功率开关管IGBT损坏问题是一直困扰开发人员的大问题。如果在实验室出现IGBT炸管的情况,直接威胁到设计者的安全,如果在用户端出现炸管现象,直接威胁用户的安全,如此类似事件会对一个产品的品牌形象产生非常大的负面影响。因此在进行设计时,工程师们想方设法做各种保护电路用于防止IGBT炸管现象发生。使用过多分离器件便是一直普遍做法,但容易造成PCB布局困难急剧加大,并且过多的分离器件的使用本身就降低了系统的可靠性,器件越多发生问题的概率越大。一款充电桩的使用优越与否,很大程度上取决其可靠性稳定性。针对以上问题,Avago推出的门极驱动光耦ACPL-33XJ系列如ACPL-339J,具有集成去饱和保护、软关断保护和欠压保护以及故障反馈,这些保护足以确保IGBT免受损坏。当IGBT出现过流现象时,驱动光耦ACPL-33XJ马上开启去饱和功能,反馈故障到主控部分并且软关断驱动输出部分,从而保护IGBT模块。当驱动光耦的供电电压较低时,驱动光耦会开启欠压锁定保护,防止IGBT在低电压驱动情况下没有完全开通,导致过热损坏炸管。
   光耦除了提供绝缘与隔离,还能保证信号的完整性。在充电桩中需要采集外部信息,进而与充电桩外部系统经行通信,这种情况下需要数字隔离光耦,而数字隔离光耦将充电桩的弱点部分(包括控制部分)与外接端口进行隔离和绝缘,一方面防止充电桩弱点部分(包括控制部分)被干扰,另一方面防止通信信息被干扰,保证信息信号的完整性。对此,AVAGO推出数字光耦ACPL-x6xL,此系列数字光耦具有高共模噪声抑制,用于防止通信信号受到共模干扰保障通信信号不受到干扰,因此数字光耦ACPL-x6xL能够确保整个充电站通讯系统线路设备安全可靠运行。
     在产品设计中, 工业产品要求高可靠性,并且产品需要经过各种安规认证和EMC测试认证。强电侧的干扰一般较大,非常容易对弱电造成干扰,比较严重的情况会干扰系统主控部分,造成系统无法正常工作,甚至更严重时造成系统损坏炸机。为防止强电侧的干扰影响弱电侧部分,设计者需要将强弱电隔离。在充电桩系统中,需要对母线的电压和电流以及输出端口的电压和电流进行监控,这时我们就需要用隔离型的电压电流采样器件。AVAGO针对项目设计中实际需求,推出电压采样隔离光耦放大器如ACPL-C87X与电流采样隔离光耦ACPL-C79x,可以用来做电压和电流传感器,方便设计者使用。电压采样隔离光耦ACPL-C87X,使用方便,只需将电压采样隔离光耦ACPL-C87X接到分压电路底部的,就可以实现对电压隔离采样。电流采样隔离光耦ACPL-C79x,使用也非常方便,只需在需要测试电流值电路中加入采样电阻,并将采样电阻接到电流采样隔离光耦ACPL-C79x 信号输入端,电流采样隔离光耦ACPL-C79x输出端就可以获得隔离的电流采样信号值。
     在充电桩系统使用电压采样隔离光耦ACPL-C87X和电流采样隔离光耦ACPL-C79x,能够获得无干扰的电压和电流采样信号,这对提高系统可靠性非常有益。当充电桩系统发生过载、短路、接地故障、电压升高或降低等情况时,通过这些电压电流采样隔离光耦传感器传输的无干扰可靠信号,主控部分会迅速切断电路,保护系统安全。
安华高提供种类广泛的光耦新品,包括汽车级门极驱动光耦ACPL-344JT、ACPL-38JT、ACPL-32JT、ACPL-K34T,汽车级数字光耦ACPL-M49T等,可以完全满足汽车充电站对安全与高效率的要求,为汽车充电站保驾护航。

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