Laddade EVS | Hur man utformar ett trådlöst EV -laddningssystem: Tekniska överväganden och komponenter som behövs

Dike kontakten! Gör trådlös EV ladda till verklighet nu!

Unika komponenter säkerställer säkerhet, effektivitet och tillförlitlighet.

Föreställ dig en EV -laddningsupplevelse som är lika sömlös och intuitiv som att parkera din bil – bara ”park, ladda och gå.” För slutanvändaren är överklagandet tydligt:

• Inga fler tunga kablar
• Ingen fumbling med kontakter
• Ingen exponering för potentiellt smutsig eller skadad laddningsutrustning

EV -ägare föreställer sig att dra in i sitt garage, en utsedd parkeringsplats eller en offentlig laddningsstation och enkelt debitera deras fordon utan att någonsin lämna förarsätet. Denna bekvämlighet gör att dagligen laddas mer användarvänlig och förbättrar säkerheten genom att helt ta bort fysiska kontakter.

Att förstå denna användarcentriska vision är avgörande för trådlösa EV-laddningssystemdesigners. Genom att leverera effektiv, pålitlig och snabb trådlös laddning kan designers låsa upp en speländring som kombinerar lätthet, komfort och sinnesfrid för EV-förare.

Medan nuvarande trådlösa EV -laddare kan leverera upp till 20 kW för att ladda batterier på fyra till sex timmar, kommer framtida trådlösa laddare att leverera 100 kW och kunna öka batteriladdningstillståndet med 50 procent på under 20 minuter.¹

Trådlösa laddningsstationer måste vara snabba, säkra, effektiva och pålitliga för att påskynda adoptionen.

Den här artikeln undersöker de tekniska övervägandena och innovativa metoderna som krävs för att uppnå denna upplevelse, vilket säkerställer att trådlösa laddningslösningar uppfyller prestanda och användarförväntningar i det ständigt utvecklande EV-landskapet. Den presenterar fyra komponenter som tillgodoser de väsentliga behoven för att skapa mönster som säkerställer laddningskretsskydd, säkerhetsövervakning och snabb, effektiv kraftleverans.

Trådlös laddningsbeskrivning

En trådlös laddare är en AC-AC-omvandlare som konverterar 50/60 Hz ström till ström i frekvensområdet 130 kHz. Resonansfrekvens beror på topologier och Semi -ledarteknologi (SI/SIC/GaN). Kraftleverans kan vara upp till 20 kW. Figur 1 illustrerar en trådlös laddare och dess belastning, EV. De viktigaste kraft- och styrkretsblocken i laddaren och fordonet definieras också.

Säkerhets- och tillförlitlighetsöverväganden inkluderar överströmsskydd, överspänningsskydd, övermätning och markströmövervakning. Optimering av effektivitet kräver design med komponenter med låg effektförlust. Figur 2 illustrerar komponenter som ger kretsskydd och hög effektivitet för kretsarna i en typisk trådlös laddningsdesign. Sensorerna levererar temperaturövervakning och skyddsskydd.

Figurerna 3 och 4 visar ett exempel på trådlös laddare i ett mer detaljerat blockdiagram. Den angränsande tabellen i figur 3 visar komponenterna som utrustar laddaren med skydd mot elektriska faror. Figur 4 visar främst de komponenter som ger effektivitet och kritisk avkänning.

Kretsskydd och säkerhetskomponenter

Ingångsskyddskretsen innehåller de viktigaste överströms- och övermperaturskyddskomponenterna. Rekommenderade komponenter inkluderar en hög strömsäkring för kraftleveranskretsar och en snabbverkande säkring för att skydda den lågeffektverkande kraftförsörjningen och kontrollkretsarna. En metalloxidvaristor (MOV) i serie med ett gasutsläppsrör absorberar överspänningstransienter. Överspänningstransienter är resultatet av blixtnedslag som kan inducera en spänningsvåg på AC -ingångslinjerna. Dessutom kan elektriska belastningar som slår på och av inducera AC -linjespänningsspänningar.

En speciell komponent som kan fånga delar av en spänningsövergående som har passerat genom rör- och gasutsläppsröret är en övergående spänningsdiode (TVS). TV -dioder har lägre spänningspänningar och de fungerar mycket snabbare än MOV -enheter. De speciella dioderna kan säkerställa skydd av nedströms kretsar. De kan absorbera en KA -puls och svara på en övergående i under ett nanosekund. TVS-dioder kan ge skydd mot elektrostatisk urladdning (ESD) genom luften på upp till 15 kV och från direktkontaktutsläpp upp till 8 kV. Bi-riktningsmodeller och modeller som är mindre än en tiondel av traditionella diskreta lösningar finns tillgängliga. TV -dioder kan ha axiella bly- eller ytmonteringsfaktorer. Figur 5 visar en TVS -diod och dess funktionella diagram med hjälp av AK1-Y Series TV-dioddiode från Littelfuse som ett exempel. Denna komponent kommer att fördela det nödvändiga skyddet från både ESD och andra transienter för att undvika skador på halvledarkretsar i den trådlösa laddaren.

Med system som trådlösa EV -laddare är övervakning av markströmmar avgörande för skyddet av personal. Earth-Fault Protection Circuit utför markströmövervakningsfunktionen. Littelfuse erbjuder nya återstående strömmonitorer för denna krets som upptäcker både AC- och DC -markfelströmmar. Den nya serien, The RCMP20 restströmmonitor serie för Läge 2 och Läge 3 Trådlösa laddningsstationer erbjuder den största aktuella transformatoröppningen för att stödja högre AC -laddningsströmmar. De återstående strömmonitorerna har känsliga, typiska reströsklar på 4,5 mA DC och 22 Ma AC. Vidare använder bildskärmarna integrerade ledare med högre tvärsnittsområden för att ge bättre termisk hantering och minska ökningen i den tryckta kretskortet (PCB). Resultatet är en mer kompakt och pålitlig design som inte äventyrar prestanda. Dessutom har bildskärmarna hög immunitet mot elektromagnetisk störning (EMI), vilket förbättrar laddningskretsens tillförlitlighet och minimerar falska kretsresor. Monitorerna kan monteras antingen horisontellt eller vertikalt så att designers flexibilitet optimerar rymdutnyttjandet. Figur 6 visar modellerna i den återstående strömmonitor -serien. (Visa videon.)

Komponenter för maximering av effektivitet och tillförlitlighet

System, såsom trådlösa laddningssystem, konsumerar en betydande mängd kraft. Optimering av en design för effektivitet minskar strömförbrukningen och användbarhetskostnaderna och minskar värmeuppbyggnaden. Minskad genererad värme sänker den inre temperaturökningen i systemet och förbättrar systemets tillförlitlighet. Användningen av två komponenter i kraftleveranskretsar kan bidra till högre effektivitet och större tillförlitlighet. De två komponenterna är portförare och SIC MOSFETS.

Gate Drivers styr kraften SIC MOSFETS och IGBT: erna i Bridgeless, Wien eller Boost Rectifier och Full Bridge, Resonant High-Frequency Converter Circuits. Förarna har separata 9 A-käll- och handfat utgångar, vilket möjliggör programmerbar avstängning och avstängningstiming medan du minimerar omkopplingsförluster. En intern negativ laddningsregulator ger en valbar negativ grinddrivförspänning för förbättrad DV/DT-immunitet och snabbare avstängning. Gate-drivrutinerna minimerar omkopplingstider med påslag och avstängningsfördröjningstider för typiskt 70 och 65 nanosekunder. Det typiska värdet för stigningstid och falltidsutgångar är tio nanosekunder.

För att säkerställa robust drift har grindförarna desatureringsdetekteringskretsar som känner av en SIC MOSFET överströmskondition och initierar en mjuk avstängning. Denna krets förhindrar en potentiellt skadlig DV/DT -händelse. Ytterligare skyddsfunktioner inkluderar UVLO -detektion och termisk avstängning. Figur 7 illustrerarLittelfuse ix4352ne Sic MOSFET och IGBT -förare icen höghastighetsgrindförare med funktioner som ger tillförlitlig kontroll av en SIC MOSFET.

Högeffekt SIC MOSFETS driver kraftöverföringspolarna. Halvbryggpaket har en dräneringskällspänning på 1200 V och en dräneringsström på upp till 19,5 A. Tillsammans med att leverera hög effekt minimerar MOSFET: erna på statens kraftförbrukning med en typisk R_{Ds (på)} av en låg 160 MΩ. SIC MOSFET: er har låga förluster för växling på grund av en typisk låg grindladdning, kort påslag och avstängningsfördröjningstider och nuvarande stigning och falltider.

Ett DCB-baserat isolerat paket förbättrar termisk motstånd och krafthanteringsförmåga. Ett avancerat toppkylt paket förenklar termisk hantering. De Littelfuse Half-Bridge SIC MOSFET MCL10P1200LB-seriesom visas i figur 8, ger hög effektivitet med avancerad förpackning för att minska komponentantalet och för att optimera för hög tillförlitlighet.

Samarbeta med experter för en pålitlig trådlös laddningslösning

Skydd mot elektriska faror såsom överström, överspänning, ESD och överkänsla är avgörande för att säkerställa tillförlitlig drift. De fyra rekommenderade komponenterna som beskrivs i föregående stycken gör det möjligt för designers att utveckla robusta, säkra och pålitliga trådlösa EV -laddningsstationer.

För att utveckla en robust och effektiv produkt bör designers överväga att använda komponenttillverkarens applikationsingenjörer för att spara designtid och efterlevnadskostnader. Applikationsingenjörerna kan hjälpa till med följande:

• Val av kostnadseffektivt skydd, avkänning och högeffektiv komponenter
• Kunskap om tillämpliga säkerhetsstandarder
• Littelfuse kan utföra testning före efterlevnad för att undvika fel i efterlevnadstest och spara på projektförseningar och extra kostnader för flera testcykler för efterlevnad.

Att samarbeta med komponenttillverkarens applikationsingenjörer och använda de rekommenderade komponenterna hjälper till att producera robusta, pålitliga och effektiva trådlösa EV -laddningslösningar.

För att lära dig mer om kretsskydd, avkänning och krafthanteringslösningar för trådlös EV -laddningsdesign, ladda ner guiden, Superladdade lösningar för EV -laddningsstationer, Med tillstånd av Littelfuse, Inc.

Kontakta Littelfuse för mer information om hur du gör din trådlösa laddningssystemdesign säker, effektiv och pålitlig.

Referenser:

¹L. Blain. Världens snabbaste trådlösa EV -laddare låser upp 100 kW parkeringsplatser. Ny Atlas. 18 mars 2024.