电动汽车车载充电机OBC硬件分析（第一期）

sxq0201

OBC（On Board Charger）简称车载充电机，主要功能：电网电能经由慢充桩、通过慢充枪连接车辆慢充口、然后连接至车载充电机，给电动汽车的动力电池充电，也是将交流电转化为直流电的装置。OBC的关键参数包括：输入电压、功率因素、工作效率、谐波、输出纹波、输出电压和输出电流等，具体要求可参考标准：QC/T 895-2011电动汽车用传导式车载充电机。



OBC硬件部分由功率部分和控制部分组成。功率部分主要是前级AC-DC电路、后级DC-AC-DC电路。控制部分由控制器检测电路与参数反馈电路构成，将期望值通过PWM进行调节，从而控制高压回路中开关管的开关时间，实现目标输出电流和电压。以及故障监测等功能。

功率单元包括：EMI抑制电路、整流电路、PFC校正电路、滤波电路、全桥变换电路、直流输出电路。



EMI抑制电路：为防止电网与充电机之间的谐波相互影响，在电网与充电机之间加入由X电容（C1）、Y电容（C2、C3）、共模电感（LT1）组成的EMI抑制电路。X电容和Y电容都属于安规电容，X电容滤除差模干扰；Y电容滤除共模干扰。共模电感作用是抑制市电输入中的共模干扰。



整流电路：4只二极管连接成"桥"式结构，将电网的AC交流电转为DC直流电（BR1）。



PFC电路：是指功率因数校正电路，可以提高交流电源的功率因数，降低对电网的影响，同时也提高了效率。PFC电路组成：滤波器、整流器和电容器。滤波器减少电流噪声并滤波。整流器将交流电转为直流电。电容器作用是用来改善功率因数并降低总谐波失真。为提高转换效率及降低谐波影响，在整流电路后级设计基于BOOST拓扑的功率因数校正电路。



全桥变换电路：车载充电机为大功率输出，这种电路综合了半桥式和推挽式变换器的优点，适合构成大功率变换器。单相全桥逆变电路有4个管，采用单极性控制，逆变效率至95%以上。



滤波电路：为提高输出精度，滤波单元采用π型滤波方式。



控制单元包含原边电压电流检测及保护电路、OBC输出电压电流检测及保护电路、温度检测及保护电路、主控电路及外围电路、PWM电路、CAN驱动电路、辅助电源电路。

电压检测电路是由电阻分压方案，将电压信号传递到主控。

温度检测电路是由电阻分压方案，将电压信号传递到主控。

电流检测由电流传感器输出的电压信号传到主控。

由主控电路根据采集到的电流和电压、温度，对DC/DC全桥变换器电路作出相应的充电控制。

由主控电路根据采集到的过电流和过欠电压、过温信号，对DC/DC全桥变换器电路作出相应的保护控制。

CAN通信电路：在OBC与BMS、VCU、仪表、网关等控制器之间进行通信，实现充电机与BMS之间的通信，从而控制充电的功率、计算充电的时间、控制充电的开始与停止，监测充电过程的信号交互等。

辅助电源：控制器的供电需要12V低压供电，可以通过将整流后的电压结合反激拓扑电路实现12V低压电的输出。

随着技术的不断发展，OBC未来向着效率提升、功率提升、小型化、双向转换和集成化的方向发展。双向OBC已经应用，能实现充电以及反向充电功能。正向功能是充电功能，反向充电功能路径如下：动力电池电能-OBC-交流充电口-220V用电设备或者电网。

后续更新计划：

第二期：分享车载充电机OBC的硬件案例。

第三期：双向OBC硬件拓扑。