3 مراحل PFC في شواحن السيارات الكهربائية والهجينة الكهربائية
إن الحاجة إلى معالجة القضايا المتعلقة بتغير المناخ واحتواء انبعاثات ثاني أكسيد الكربون تشجع على استخدام المركبات الكهربائية (EV) والهجينة (HEV) على نطاق عالمي. تتميز هذه الأنواع من المركبات، القادرة على تقليل أو حتى القضاء على الانبعاثات الملوثة، بوجود محرك كهربائي واحد أو أكثر وبطاريات الجهد العالي (HV). يمكن اعتبار بطارية السيارة ذات جهد عالي إذا كان جهدها المقنن أكبر من 60 فولت. تعد بطاريات الجهد العالي ضرورية لتخزين كمية الطاقة اللازمة لتحريك السيارة ودوائر الطاقة المساعدة والملحقات. يمكن إجراء الشحن عبر أجهزة الشحن المدمجة أو عبر محولات التيار المستمر الخارجية (الشحن السريع). إلى جانب البطاريات، هناك حاجة أيضًا إلى محولات ومحولات DC-DC لتشغيل مجموعة نقل الحركة والأنظمة الفرعية الأخرى للمركبة، مثل التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC). في الشكل 1، يمكننا ملاحظة المخطط التفصيلي لمجموعة نقل الحركة النموذجية للمركبات الكهربائية والكهربائية الهجينة.
المرحلة الأولى هي دائرة تصحيح عامل القدرة (PFC)، والتي يتم توصيلها في هذه الحالة بأنابيب الجهد العالي ثلاثية الطور. غالبًا ما يتم تنفيذ هذه الواجهة الأمامية باستخدام مقوم فيينا، وهو نهج قائم على PWM والذي يوفر العديد من المزايا في جميع التطبيقات التي تتطلب كفاءة عالية وخسائر تحويل منخفضة ومناعة عالية لـ EMI/RFI. يتبع PFC محول أساسي DC-DC رنان، مقترنًا بمحول DC-DC ثانوي (أو مرحلة التصحيح) والذي يمكنه أخيرًا شحن بطاريات الجهد العالي.
شحن السيارات الكهربائية/الكهربائية الهجينة
إن التخلي التدريجي عن الوقود الأحفوري والهجرة إلى السيارات الكهربائية والهجينة، يستلزم حتماً زيادة الطلب على محطات إعادة الشحن. تقوم محطات الشحن السريعة وفائقة السرعة، القادرة على توفير ما يصل إلى 250 كيلو واط من طاقة التيار المستمر، بإجراء التحويل من الطاقة الكهربائية المتناوبة إلى الطاقة الكهربائية المباشرة خارج السيارة، وهو حل إلزامي نظرًا للطاقة العالية المعنية، بالإضافة إلى الوزن والتكلفة التي تنطوي عليها السيارة. المكونات المطلوبة. ينطبق نفس الرسم التخطيطي في الشكل 1 على محطات الشحن السريعة وفائقة السرعة. على وجه الخصوص، في الشكل 2 يمكننا ملاحظة مرحلة PFC، والتي يتم تنفيذها من خلال مخطط كلاسيكي، يعرف باسم مقوم فيينا.
من أجل تحقيق كفاءة عالية، والحفاظ على انخفاض خسائر التبديل، يتم عادةً استخدام الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFETs) وIGBTs ووحدات الطاقة المتكاملة (PIMs) وأجهزة SiC، مما يوفر حلاً كاملاً لتنفيذ مرحلة PFC ثلاثية المراحل. أثبت مقوم فيينا أنه مناسب بشكل خاص لتنفيذ الأطراف الأمامية لـ PFC التي يوجد فيها تدفق أحادي الاتجاه للطاقة (من التيار المتردد إلى التيار المستمر)، وكثافة طاقة عالية وضغط جهد منخفض عبر المفاتيح. يوفر مقوم فيينا AC إلى DC عامل طاقة (PF) قريب جدًا من قيمة الوحدة، وتيار جيبي وتشوه توافقي إجمالي منخفض (THD).
السلطة منفصلة
ونظرًا لخصائصها الكهربائية الفائقة مقارنة بالأجهزة التقليدية القائمة على السيليكون، توفر وحدات الطاقة المنفصلة من SiC أفضل حل لتنفيذ واجهة أمامية عالية الكفاءة من PFC. تقدم ON Semiconductor مجموعة واسعة من برامج تشغيل SiC MOSFET، المناسبة لتطبيقات مثل PFC والمحولات عالية الأداء ومحركات المحركات عالية الطاقة. يوفر NCP71705، المصمم خصيصًا لتشغيل ترانزستورات SiC MOSFET، أقصى جهد مسموح به للبوابة لتحقيق أقل خسائر توصيل ممكنة. من خلال توفير ذروة تيار عالية أثناء التشغيل وإيقاف التشغيل، يتم أيضًا تقليل خسائر التبديل. لتحسين الموثوقية ومناعة dV/dt وحتى إيقاف التشغيل بشكل أسرع، يمكن لـ NCP51705 الاستفادة من مضخة الشحن الموجودة على اللوحة لإنشاء سكة جهد سالبة يمكن للمستخدم اختيارها. بالنسبة للتطبيقات المعزولة، يوفر NCP51705 أيضًا سكة 5 فولت يمكن الوصول إليها خارجيًا لتشغيل الجانب الثانوي من العوازل الضوئية الرقمية أو عالية السرعة. تستفيد مرحلة التعزيز لمحول التيار المتردد إلى التيار المستمر عالي الطاقة من استخدام صمامات شوتكي الثنائية الفعالة، مثل صمام ثنائي CoolSiC™ Schottky 650 V G6، والجيل السادس من صمامات شوتكي الثنائية من كربيد السيليكون (SiC) من Infineon، مع أقصى جهد حجب يبلغ 650. تم تصميم V.CoolSiC™ G6 لتحسين الكفاءة ولتمكين تصميمات مصادر الطاقة المدمجة. يعتبر الصمام الثنائي CoolSiC™ Schottky 650 V G6 من أحدث الصمامات الثنائية SiC، حيث يوفر أقل جهد للأمام ويحصل على أعلى كفاءة. تظهر فائدة تخفيض الجهد الأمامي في انخفاض خسائر التوصيل. يتيح الجهد الأمامي المنخفض لصمام CoolSiC™ Schottky diode 650 V G6 تقليل خسائر التوصيل، مما يساهم في تحقيق كفاءة أعلى ودرجة حرارة توصيل أقل للجهاز. توفر ROHM Semiconductor العديد من أجهزة كربيد السيليكون المناسبة لتطبيقات السيارات عالية الطاقة. على سبيل المثال، فإن SCS220AGHR عبارة عن صمام ثنائي Schottky Barrier Diode يوفر جهدًا عكسيًا (انهيارًا) يبلغ 650 فولت والذي يتجاوز بكثير الحد الأعلى لوحدات SBD السيليكونية. يتوافق SiC SBD مع معيار السيارات AEC-Q101 ويتميز بتبديل عالي السرعة مع وقت استرداد عكسي صغير جدًا. وهذا يقلل من تكلفة الاسترداد العكسي وخسارة التحويل، مما يساهم في تصغير المنتج النهائي. يوفر AEC-Q101 تيارًا أماميًا مستمرًا يبلغ 20 أمبير، وتيارًا عكسيًا في النطاق من 4 إلى 140 uA وتبديد طاقة إجماليًا يبلغ 130 واط. الجهاز متوفر في حزمة TO-220AC وهو مناسب لتطبيقات مثل أجهزة الشحن المدمجة وأجهزة الشحن اللاسلكية وأجهزة شحن ومحولات المركبات الكهربائية.
اكتشاف المزيد من موقع 5 كيلو
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
