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    全面解析快速电动汽车充电技术

    ag真人哪个平台靠谱设计 ? 2021-06-22 11:08 ? 次阅读

    简短的电动汽车部署展望

    电动汽车、电动动力总成和车辆电气化技术已经存在多年。事实上,第一个电动汽车(EV)出现在晚19日世纪。

    然而,在近年来一直在这个替代燃料技术的兴趣重生,尤其是对20月底日世纪。由于希望减少对气候的影响,该行业正在经历从内燃机 (ICE) 车辆的转变。

    基于 ICE 的车辆使用石油,这是一种日益稀缺的资源,严重污染环境,是气候变化的主要因素。

    直到最近三到五年,我们还没有看到电动汽车生态系统的持续扩散,并没有随着法规的出台、基础设施的部署和插电式混合动力汽车的扩大而采取具体行动来推广它(PHEV) 和纯电动汽车 (BEV) 车型,最终提高了电动汽车进入广阔市场的可及性。

    近期加速发展的最重要驱动因素之一是对全球汽车制造商实施的排放监管政策。在欧洲,自去年(2020 年)开始实施的更严格措施可能会对不遵守这些措施的汽车制造商的底线[1]产生严重影响。这些规定将在未来几年逐渐变得更加严格。难怪汽车制造商正在迅速行动并增加他们的 BEV 车型托盘,实际预测到 2025 年将有 300 款车型上路[2][3]。

    在消费者端,政府在过去几年中一直通过为 xEV 车主提供不同性质的好处来支持向替代燃料汽车的过渡。从免税到免费停车和充电服务,再到高占用车辆 (HOV) 车道。

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    图 2.每个生产日期推出的 BEV 市场。

    资料来源:麦肯锡/IHS Automotive(2019 年 7 月)

    此外,如果我们回顾最近的过去和现在,COVID-19 一直是并将继续是孵化幕后趋势的加速器,例如机器人化、5G 和连接性,当然还有电动汽车。 .特别是,优先考虑新技术和创新的多年投资计划——无论是在公共领域还是私人领域。这些力量正在刺激电动汽车和插电式混合动力汽车的销售增长,尤其是现在在欧洲。中国一直是采用、市场增长和产品的开拓者,但最近几个月,欧洲在销量上赶上了中国,达到了 140 万台,同比增长 137%。中国和美国的数字分别徘徊在134万和33万左右。[4][5][6]

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    图 3. 2020-2024 年预计的 xEV 单位销量。2020 年在 COVID-19 影响之前发布的报告。资料来源:IHS,Omdia,2020 年。

    快速电动汽车充电基础设施:需求强劲增长

    除了促进采用 xEV 的直接激励措施和措施外,整体环境还有其他变化正在加强向电动汽车的过渡。从历史上看,一直存在阻碍向新车型发展的潜在障碍,最突出的障碍是:里程焦虑、xEV 汽车的价格(属于“优质”ICE 类别价格范围)以及最后,充电时间与为传统车辆的油箱加油相比(一个简单、众所周知的概念和快速过程)。好吧,正在通过增加电池容量和提高车辆千瓦时/公里比率来解决里程焦虑。近年来,BEV 的价格正在稳步下降,并且越来越接近更广泛的大众市场类别,

    剩下的最后一个障碍是充电时间,其中慢速(有效功率最高可达 22kW)和快速系统(22-400kW 和以上目标)共存。特别是慢速充电系统已经在家庭、公共停车场和工作场所停车场相对广泛使用(图 4)。不同的是,快速充电系统大多在公共场所、商业区域或充电站中可用,因为它们需要专用的电气基础设施,这意味着大量投资。在慢速充电的最高额定功率下,系统可以在约 50-60 分钟内提供 100 公里的额外续航里程,但即使是这些也无法轻松部署在家庭中。在较低的功率端,当使用直接连接到标准插座的专用电缆时,家庭和私人可以达到 1.4 –3.7kW 的速率(取决于地区和适用的法规,可能会更大功率),但需要大约 5 小时(在3.7kW) 以增加 100 公里的续航里程。相反,快速充电系统可以在不到十分钟的时间内提供这个范围。对于很大一部分驱动程序和用例,慢速充电可能是一个可行的解决方案,但显然,并非适用于所有人或所有情况。

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    图 4. 2019 年(IEA2020)按国家/地区划分的私人和公共可访问充电器

    因此,有效且可持续地向电动汽车过渡将需要部署快速充电基础设施,以跟上道路上纯电动汽车的增长步伐。不仅在数量上,而且在额定功率方面。功率越高,充电时间越短,这是一个重要因素,因为电池容量不断增加,技术也在不断改进,从而实现更高的峰值功率(更快的充电速率)。难怪快速充电器的增长预测预测 2020 年至 2027 年的销量复合年增长率为 31.8%,同期市场规模的复合年增长率为 39.8%。[9]图4描绘了2019年全球慢速和快速充电器的分布情况。

    交流或直流充电:模糊线条

    在电动汽车的背景下,用于充电的电缆和连接器通常被称为“充电器”。带有专用硬件设备(通常称为“壁箱”)的交流 (AC) 插座用作连接充电线和为车辆充电的接口被称为“充电器”,它可能与“充电器”混淆我们考虑发生功率转换的实际设备,那么上面讨论的元素不是充电器。

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    图 5. 交流充电和直流充电概念图。

    资料来源:Yolé 开发部

    由于其功率限制(通常最高端为 22 kW)和充电所需的最短时间,交流充电通常被称为“慢速充电”。交流较高功率范围(11 – 22 kW)有时可能被称为“高功率交流充电”或“快速交流充电”,但没有实际定义。另一方面,那些额定功率为 22kW 甚至高达 400kW 的直流充电器被认为是“快速”的。术语“超快”也用于 50kW 以上的功率,但没有实际明确的界限或定义。现在部署的最常见的直流功率范围为 22-150 千瓦,功率范围在 200-350 千瓦之间??焖俸统焖僦绷鞒涞缙魍ǔ=鲈诳山尤?a target='_blank' class='arckwlink_hide'>三相电源连接到电网的专用区域公开使用。充电站,到目前为止主要沿高速公路,可能会显示多个超快速充电器(> 150kWeach)。此类设施需要来自电网的专用高压变压器。

    充电率和次数

    为了获得当今启用的充电时间的概念,一个简单的计算可??以让我们有很长的路要走??悸堑骄哂?60 kWh 电池(现在发布的 BEV 集成 30 到 120 kWh 之间的电池)[10]和 100kW 直流充电器的车辆,可以得出以下结论:

    充电时间=电池容量(有效)*1[kWh]/平均充电功率[kW] 充满电的续航里程=电池容量(有效)*1[kWh]/效率[kWh/100km]60kWh/100kW=36分钟

    60 kWh/(18kWh/100km*2) =~333 公里

    *1出于本练习的目的,考虑了完整的电池容量??赡苡行┑缍悼赡芑岫匀俊坝行А比萘吭斐上拗?。

    *2通用值,将取决于每辆车的特性。通?;崧湓?2-23kWh/100km之间

    必须考虑到,并非所有道路上的车辆都能支持高达 100kW 的直流充电率,目前发布的车型之间的实际差异通常在 50 kW 以下和 250 kW 以上[11]。同样,以 kWh/100 km 比率衡量的车辆效率也存在显着差异。有可用的数据库[12]提供多种 BEV 的详细信息。此外,充电过程中的平均功率不等于汽车接受的峰值功率,因为??随着电池充电状态 (SOC) 的升高,额定值需要设置上限。

    无论如何,上面的例子很有启发性,并提供了一个与基于 ICE 的车辆进行比较的标准。以平均 100 kWh 的速度为我们的 EV 充电需要 36 分钟才能提供 333 公里的续航里程,或大约 10 分钟才能提供 100 公里。对于传统的基于 ICE 的车辆,相同的操作需要 3 到 5 次才能完全填充。有了这些数字,难怪市场正在迅速发展并推动更高功率的解决方案 [电动汽车供电设备 (EVSE) 侧和车辆侧],允许充电功率超过 350 kW。

    直流充电的标准和协议

    为了规范和标准化交流和直流充电技术并促进支持电动汽车的兼容 EVSE 生态系统的发展,已经制定了若干标准和 IEC 规范。这些尽可能全球化的框架可以帮助协会和行业开发协议和 EVSE。然而,这绝不是一个微不足道的话题,因为来自不同组织的多个标准和实现在世界范围内共存。

    采用自上而下的方法并命名一些基本标准(以及发行组织总部的位置),它涉及:

    1. IEC-68151(瑞士)
    2. IEC-62196(瑞士)
    3. IEC61980(瑞士)
    4. ISO1740 9:2020(瑞士)
    5. SAEJ1772(美国)
    6. GB/T18487(中国)
    7. GB/T20234(中国)
    8. GB/T27930(中国)

    如果我们研究从这些标准中汲取的实际充电协议和生态系统,我们会发现直流充电的三个全球扩展实施方案:CHAdeMO(“charge de move”的缩写)、组合充电系统 (CCS) 和特斯拉增压器。在中国,唯一标准和实施的协议是GB/T,也是该地区独有的。下一节将讨论这些协议和标准的一些特殊性。

    直流充电有哪些重要标准?

    IEC 61851。国际电工委员会 (IEC) 制定了上一节中列出的几个标准。该IEC61851是指“电动汽车用传导充电系统”,是中央件的IEC系列EV充电,着眼于电动车辆传导充电系统的不同的主题,包括AC和DC分别充电到1000V和1500V[13]。该标准定义了四种不同的充电“模式”,其中前三种“模式”(1 到 3)指的是交流充电,而“模式”4 则是指直流充电。该IEC62196定义“插头,插座-插座,车辆连接器和车辆入口和IEC61980地址'EV 无线电力传输 (WPT) 系统。在ISO17409:2020是纯电动汽车的基础标准由国际标准化组织(ISO)和补充专门的IEC61851如上所述。该文档针对IEC61851-1 中定义的充电“模式”2、3、4 的“电动道路车辆 — 传导功率传输 — 安全要求”。

    在北美,管理标准是 SAEJ1772(涵盖交流和直流充电)。本文档规定了在 1000 V 下提供高达 400 kW 的直流充电。 与 IEC-61851 中的充电“模式”不同,SAEJ1772 建立了充电“级别”并定义了以下内容:“交流级别 1”、“交流级别 2” 、“DC 1 级”和“DC 2 级”(2017 年修订版)。这里要说明的一个重要问题是,“3 级”充电仍然是一个未定义的术语,广泛(且具有误导性)用于指代直流充电。已经有针对“AC Level3”的实际项目(尽管从未完全开发)并且已经讨论过“DC Level 3”。无论如何,这些是不同的概念,不能用作直流充电的同义词。此外,来自不同地区和组织的标准可以相互交织。SAEJ1772 首先定义了用于交流充电的“SAEJ1772”连接器类型(命名为“SAEJ1772 连接器”),主要用于北美。IEC-62196 后来采用了相同的连接器,并将其标识为 IEC-62196 Type1,与用于欧洲交流充电的 IEC-62196 Type 2 连接器形成对比。由于 IEC 连接器(1 类和 2 类)使用相同的 SAEJ1772 信号协议,汽车制造商根据市场销售带有 SAEJ1772?2009 或 IEC 2 类入口的汽车。

    直流充电协议

    如上一节所述,全球扩展了三种主要的收费协议。

    CHAdeMO– 该协会于 2010 年在日本成立,负责开发同名的电动汽车充电协议。这些协议和组织得到日本主要汽车制造商和其他行业利益相关者的支持和推动。日产、三菱、丰田、日立、本田和松下仅举几例,其中也包括一些欧洲企业。这些协议借鉴了所讨论的 IEC6185-1、-23、-24和IEC62196标准,并定义和使用了专用连接器(图7)。协议范围从 CHAdeMO0.9 到 CHAdeMO2.0。CHAdeMO1.2(2017)和CHAdeMO2.0(2018)分别支持200kW/500V和400kW/1000V。CHAdeMO 现在的目标是与中国电力企业联合会 (CEC) 合作开发 900 kW 充电器,以制定称为“超极”的超高功率充电标准[14]。该合作还努力成为超快速充电器的第一个全球协议[15]。2020 年 5 月,CHAdeMO 报告称,全球安装了 32,000 个快速充电器[16],其中 14,400 个安装在欧洲。

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    图 7. 快速直流充电器连接器类型。特斯拉在北美和其他地区使用专有连接器。在欧洲和其他部署了 CCS 和 CHAdeMO 网络的地区,特斯拉正在适应这些系统。来源:Enel X

    联合充电系统 (CCS)

    另一种快速直流充电协议和系统最初主要由欧美汽车制造商、EVSE 基础设施制造商和其他行业相关参与者开发和认可。亚洲制造商也加入了该集团。这些组织中的大多数正式组织为 CharIN 协会,负责协议的开发和推广。CCS 系统符合适用的 IEC、SAE 和 ISO 标准,并支持交流充电(单相和三相)和直流充电,提供超过 200 kW 的直流充电能力,其中 350 kW 正在准备中[17 ].在撰写本文时,CharIN 网站列出了已部署的超过 33,800 个直流电的充电点总数,分布在以下功率范围内:6% 低于 50kW、58% 50kW、29% 150kW 和 7% 250kW。CSS 为直流充电指定了两个连接器,Combo 1 和 Combo(图 8),它们建立在原始交流充电对应物(Type1 和 Type2)的基础上,为直流电流添加了一个双针插座。以这种方式,车辆(每个区域)上的独特插座类型允许直流充电和交流充电。大多数 CharIN 欧洲成员以 IONITY 的名义成立合资企业,努力开发和部署欧洲范围内的快速充电站网络。

    快速直流充电用例和配置

    在前面的部分中,我们讨论并了解了快速直流充电:

    它是什么,不是什么。

    功率和电压水平以及充电时间。

    现有标准和协议。

    在本节中,讨论将让我们更深入地了解该技术,并展示 a) 部署实际直流充电器的配置和 b) 展示已成为 e- 基石的“引擎盖下”关键电力ag真人哪个平台靠谱设备流动性。不出所料,快速直流电动汽车充电是继电动汽车本身之后电力ag真人哪个平台靠谱领域创新的推动力之一,也是碳化硅 (SiC) 等新型电力技术采用速度最快的市场之一。

    直流充电器的基础设施配置

    DC EVSE 部署的第一个也是最常见的用例包括端到端系统,从电网到 EV 的电池(图 9)。这种用例现在在充电站中都可以找到,显示几个这样的转换器,也可以在独立的单个充电点中找到。具有多个快速或超快速充电器的充电站需要高达 1MW(及以上)的高压电网隔离变压器,以便可靠、不间断地输送电力。

    在内部,这些充电器由前端的 AC-DC 三相有源整流级组成,该级执行功率因数校正 (PFC) 并提高 DC 链路电压水平。随后,隔离式 DC-DC 转换级根据 EV 中的电池需求调整输出电压和电流。

    图 9 显示了系统???。为了最大限度地提高效率和尺寸,越来越需要更高电压的系统。这既适用于中间总线电压(PFC 和 DC-DC 转换器之间),也适用于输出电压,因为 800V 及以上的 EV 电池变得司空见惯。

    此类高功率和高电压应用受益于SiC ??榧际醯挠攀?,该技术具有更高的击穿电压、更低的 RDSON 和动态损耗以及卓越的热性能。损耗的降低、增加开关频率的可能性和增强的散热使得系统尺寸的减小成为可能,同时无源元件缩小并降低了冷却要求。这组独特的属性使SiC ??榧际醺咝?、功率密集和紧凑的快速直流充电解决方案的关键推动因素,可以方便地部署和大规模扩展。在这种情况下,快速直流充电器的内部??榛?/u>也值得注意,因为大多数系统具有每个 15 – 75 kW 之间的堆叠子单元(图 9),这使得系统更加灵活和稳健,并简化了生产。

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    图 9. 快速直流电动汽车充电器架构图(左)。具有堆叠多个功率级的高功率 DC EV 充电器(右)。

    第二种 EVSE 部署配置将随着电动汽车进一步渗透市场并抢占交通蛋糕的重要部分而获得相关性,其中包括能量存储系统 (ESS) 的集成。该用例还可能涉及可再生分布式能源 (DER) 的整合,主要是太阳能。这种类型的基础设施将成为维持电动交通环境的关键支柱,充电站将成为消费的焦点并需要高峰值功率。例如,额定功率为 100kW 的 5 次充电会产生半兆瓦的峰值功率。仅靠电网几乎不可能在多个充电站中维持如此高的峰值功率,而这些充电站将在全港蓬勃发展。为了能够在一天中可靠地提供能量,能源将来自电网,并在低谷时段传输到高压 ESS。此外,太阳能将支持储存的能量池,以帮助维持能量水平[20]。

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    图 10. 将储能和太阳能集成到电动汽车充电站的可能框图

    这种配置将增加对不同架构的直流充电器的需求,其中整流 PFC 级和 DC-DC 级是独立的单元。图 10 显示了此类安装的示例。在前端,三相 PFC 升压级 (AC-DC) 将电力从电网输送到 DC BUS。在后端,由太阳能 PV 产生的这个 SC-DC 双向转换器提供的能量被馈入 EV 充电器(DC-DC 转换器)或保存在 ESS 中。连接到车辆的降压 DC-DC 转换器会将其输出电压调整为 400V-1000V 的电池兼容电压水平。

    快速直流充电器中使用的常见拓扑结构和功率器件有哪些?

    上一节介绍了快速 DCEV 充电基础设施的标准配置,以及未来可能出现的另一种典型基础设施。下面概述了当今快速 DCEV 充电器中使用的 AC-DC 和 DC-DC 的典型功率转换器拓扑和功率器件。

    有源整流三相 PFC 升压拓扑

    前端三相 PFC 升压级可以在多种拓扑结构中实现,并且多个拓扑结构可能满足相同的电气要求?!敖铱?PFC 拓扑的神秘面纱”中介绍了对每种拓扑的优缺点和操作的详细概述和讨论。图 11 说明了快速直流电动汽车充电应用中的常见 PFC 架构。它们之间的第一个区别之一是双向性。T-中性点钳位 (T-NPC) 和 I-NPC 拓扑适用于双向操作,通过用开关替换一些二极管。6 交换机架构是一个双向本身。

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    图 11. 用于快速直流电动汽车充电的典型三相功率因数校正 (PFC) 升压拓扑。

    T-NPC(左上)、6-switch(右上)和 I-NPC(下)

    影响功率器件设计和额定电压的另一个重要因素是架构中的层级数。6 开关拓扑是一种 2 级架构,通常使用 900 V 或 1200 V 开关实现,用于快速直流电动汽车充电器。在这里,碳化硅 MOSFET -具有低 RDS on (6-40mQ) 面积的??槭鞘籽〗饩龇桨?,尤其是对于每块 15 kW 以上的更高功率范围。此类集成表现出比分立解决方案更出色的电源性能,可提高效率、简化设计、减小整体系统尺寸并最大限度地提高可靠性。T-中性点钳位 (T-NPC) 是使用1200 V 整流器的 3 电平拓扑(替换为双向格式的开关),在中性路径上使用 650 V 开关背对背。I-NPC 是一个 3 级架构,可以用 650 V 开关完全实现。带有co-pack 二极管的650 V SiC MOSFET或 IGBT代表了这些 3 电平拓扑的出色替代解决方案。

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    图 12. F1-2 PACK SiC MOSFET ??榘肭?。1200V,10mQ

    DC-DC拓扑

    在研究 DC-DC 转换级时,采用了三种主要的隔离拓扑:全桥 LLC 谐振转换器、全桥相移双有源桥 (DAB) 零电压转换 (ZVT) 转换器和全桥相位?shift ZVT 转换器(图 13、14 和 15)。

    全桥 LLC 谐振

    LLC 转换器在初级侧实现零电压开关 (ZVS),还在 - 谐振频率和以下 - 次级侧实现零电流开关 (ZCS),从而在谐振频率附近实现非常高的峰值效率。作为纯调频 (FM) 系统,当系统工作点偏离谐振频率时,LLC 效率会降低,这可能是需要宽输出电压工作的情况。然而,先进的混合调制方案使当今的脉冲调制 (PWM) 与 FM 相结合,限制了最大频率失控和高损耗。尽管如此,这些混合实现增加了有时已经很麻烦的 LLC 控制算法的复杂性。此外,并行 LLCs 转换器的电流共享和同步并非易事。一般来说,当可能在相对较窄的电压范围内运行时,和/或当具备实现结合 FM 和 PWM 的高级控制策略的开发技能时,LLC 是一种难以超越的设计。它不仅可以提供最高的效率,而且从各个角度来看都是一个非常全面的解决方案。LLC 可以以双向格式实现为 CLLC,这是另一种复杂的拓扑。

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    图 13. 全桥 LLC 转换器

    具有次级同步整流拓扑的移相全桥 DAB 也是非常典型的。它们使用 PWM 工作,通常需要比 LLC 转换器更简单的控制。DAB 可以被认为是传统全桥移相 ZVT 转换器的演变,但在初级侧带有漏电感,这简化了繁琐的次级侧整流并降低了次级开关或二极管上必要的击穿电压额定值。通过实现 ZVT,这些转换器可以在很宽的输出电压范围内提供稳定的高效率。对于支持 800 V 和 400 V 电池电压水平的充电器来说,这是一个方便的因素。DAB 的 PWM 操作带来了好处。首先,与 FM 系统相比,它倾向于保持转换器的电磁干扰 (EMI) 频谱更紧密。此外,系统在低负载下的行为更容易通过固定的开关频率解决。DAB 采用同步整流实现,是一种双向原生拓扑,是最通用的替代方案之一,也是适用于快速 EV 充电器的合适解决方案。

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    图 14. 全桥相移 DAB ZVT 转换器

    对于单向操作,传统的全桥相移 ZVT(图 15)仍然是一种使用选项,但渗透率逐渐降低。这种拓扑的工作方式与 DAB 类似,但位于次级侧的电感器在整流行为方面引入了显着差异。电感器在二极管上设置高反向电压,该电压与占空比成正比或成反比,因此,根据工作条件,二极管上的反向电压可能会超过输出电压的两到三倍。在高输出电压系统(如 EV 充电器)中解决这种情况可能具有挑战性,并且通常多个次级绕组(具有较低的输出电压)串联连接。这样的配置不是那么方便,

    SiC - ??榇砹松鲜?DC-DC 功率转换级中全桥的非常合适和通用的解决方案,从 15kW 开始。启用的更高频率有助于缩小变压器和电感器尺寸,从而缩小完整的解决方案外形尺寸。

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    图 15. 全桥相移 ZVT 转换器

    拓扑变化

    所讨论的拓扑存在多种变体,带来了额外的优势和折衷。图 16 显示了用于快速 EV 充电的全桥 LLC 转换器的常见替代方案。在相移中,开关低于输入电压的一半,使用 600V 和 650V 击穿电压器件。650V SiCMOSFET、650V SuperFET 3 快速恢复 (FR) MOSFET和650V FS4 IGBT将有助于满足不同的系统要求。同样,初级侧的二极管和整流器需要 650V 的阻断电压额定值。这些 3 电平架构允许单极开关,这有助于减少峰值电流和电流纹波,从而使变压器更小。与具有较少电源开关的 2 级版本相比,此拓扑的主要缺点之一是控制算法所需的额外复杂性级别。双有源桥以及 可以轻松地在初级侧和次级侧并联或堆叠,以最适合快速电动汽车充电器的电流和电压需求。

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    图 16. 3 级全桥 LLC。

    这种变化堆叠在初级侧(只有一半的输入电压施加到每个变压器)并在次级侧并联。

    二次侧整流

    关于次级整流阶段,可以使用多种解决方案,如图 15 所示,并且所有解决方案都可以用于不同的拓扑结构。对于 400 V 和 800 V 电池电平和全桥整流,650V 和 1200V 碳化硅肖特基二极管通?;岽炊捞氐男阅艹杀颈冉饩龇桨?。由于它们的零反向恢复特性,与硅基替代品相比,这些器件显着提高了整流性能和效率,大大降低了损耗和整流级的复杂性。Hyperfast、UltraFast 和 Stealth 等硅基二极管可以作为成本非常有限的项目的替代方案,但会牺牲性能和复杂性。带有中心抽头整流的解决方案(图 15)不适用于高压输出整流级。与全桥整流不同,在全桥整流中,二极管的标准反向电压等于输出电压,在中心抽头配置中,二极管可承受该值的两倍。常规全桥移相转换器(次级侧电感),如前所述,在两种整流方法(全桥或中心抽头整流)中都需要更高的击穿电压二极管。为了克服传统全桥移相转换器中对 1200 V 或 1700 V 额定二极管的需求,多个输出将串联连接。

    其他重要的设计注意事项

    除了电源转换器中的拓扑和开关器件之外,在开发快速 EV 充电器时,还有其他重要的方面需要考虑,尤其是在使用高频工作的SiC 开关时。

    栅极驱动系统:

    在所有拓扑中,驱动系统仍然是快速直流电动汽车充电器的一个关键方面,对系统性能有直接影响。

    隔离:

    孤立地处理该主题下的首要考虑因素之一。鉴于针对快速直流电动汽车充电器讨论的高功率和电压,高侧驱动器必须进行电流隔离。对于低边对应物,虽然在安全方面并不总是绝对必要的,但通常的做法是使用相同的栅极驱动器系统和电路如在高端。这种方法为解决方案实施和系统健壮性带来了多重好处。一方面,它有利于同一半桥上的开关设备之间的延迟匹配。这简化了 PWM 序列和死区时间的控制和实现,以防止直通事件。此外,隔离驱动器通过最大化其共模瞬态抗扰度 (CMTI) 来增强系统的耐用性,这在使用高 dV/dt 驱动的快速切换宽带隙技术(如SiC)的系统中尤为重要.此处还要说明的重要一点是,采用 Kelvin 连接的电源开关将需要浮动或电流隔离驱动器(在高端和低端)才能获得配置的好处,因为它将显着降低损耗和提高传播次数。

    片上?;ず吞匦裕?/p>

    栅极驱动器的另一个关键考虑因素是功能(超越电流隔离)和片上?;さ募?。根据系统要求和开关类型,可能需要过流?;?('DESAT')(IGBT和SiC MOSFET 的典型特征)、米勒钳位(避免误导通)等?;ご胧?。在封装内包含这些或其他必要功能可实现紧凑的系统并最大限度地减少布局中的寄生电感,这是采用SiC 的高开关频率系统的基本要求.内置?;ぴ谑挚刂葡低持幸卜浅7奖?,可提供机载?;?。关于系统效率,栅极驱动器的灌电流和拉电流能力对于通过对寄生栅极电容进行快速充电和放电来实现快速开关转换至关重要。当使用SiC 技术时,这在高功率应用中特别重要,因为与基于 Si 的IGBT或SJ MOSFET相比,这可以实现更快的转换。

    具有 3.5kV 和 5kV 额定值的电隔离栅极驱动器系列NCD57XXX 和 NCD51XXX为快速电动汽车充电器的开发带来了设计灵活性和系统可靠性,集成了多种功能和片内?;?,并具有高达 9A 的高驱动电流能力。该产品组合包括NCD57000/1、NCD5708x、NCD5709x、NCP51152/7 等单通道驱动器和NCP51561、NCP51563和NCD57252/256等双通道驱动器,以适应所有用例。

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    图 17. 电流隔离单通道和双通道栅极驱动器框图

    驱动器供应:

    与栅极驱动器相邻的一个主题是驱动它们所需的隔离电源。+20V-5V 偏置电压可实现SiC 开关的最佳性能,而 IGBT 通常需要 +15V/0V 或-15V。有关更多详细信息,请参见“Gen11200VSiCMOSFET 和??椋禾匦院颓ㄒ椤?。同样,对于栅极驱动器,电源需要紧凑和坚固,以确保在所有工作条件下稳定的电压轨。LVDCDC3064-IGBT和LVDCDC3064-SIC等NCV3064开关稳压器周围的电源有助于满足这些需求。

    ?;ぃ?/p>

    电动汽车快速直流充电的另一个重要考虑因素是系统中必要的安全?;?,尤其是法规强制要求的安全?;?。强制?;な钦攵猿低饨拥毓收系缌?(GFC),以防止对人体造成危险电击的风险。特别是,充电电路中断装置 (CCID) 是专门为 EVCharging 开发的,IEC61851-1(前面讨论过)和 UL 2231-1/2 标准分别规范了其在欧洲/亚洲和北美的实施。该FAN4147和NCS37014GFC灭弧解决这些法规的要求,并提供了一个现成的,现成的解决方案,以开发符合安全EVSE。

    辅助电源:

    辅助电源装置 (PSU) 在电力系统中无处不在,快速直流 EVCharging也不例外。隔离式反激拓扑是提供低压系统所需的典型 10-40W 功率的方便可靠的选择。特别是对于快速直流电动汽车充电,直流母线的电压水平是影响整个系统的主要因素之一。趋势是增加这些水平,以减少给定功率水平的峰值电流并提高效率。如今,高达 800 V(并不断增加)的直流总线电压水平很常见,并非所有传统解决方案都适用于 EV 充电。在这里,围绕NCP1362准谐振谷底开关初级侧或NCP1252开发的 PSU和NCP12700二次侧控制器可以帮助满足这些需求。在开关方面,具有高 RDS on (160mOhms) 的 1200V SiC MOSFET正在迅速被采用,因为它们具有出色的性能成本比和900 VDC 系统的最佳解决方案。

    一切都归于平静

    在本博客的第一部分中,我们已经看到了电动汽车市场的增长是如何加速的,以及为什么 随着越来越多的电动汽车上路,快速直流充电需要(并将)保持牵引力。

    在过去几个月的大部分时间里,指向这个方向的新闻如雨后春笋般涌现,其中最后一个是美国总统宣布到 2030 年 500.000 个直流充电器网络计划[21]。最终目标是推动电动汽车成为主流,摆脱基于 ICE 的交通方式并应对气候变化。

    快速和超快速直流充电器 是电动汽车的重要组成部分,也是完善生态系统不可或缺的元素,提供低功率交流充电替代方案,可在允许较长时间充电的家庭中使用。作为一个新兴且快速发展的市场,快速直流电动汽车充电器的需求和用例不断升级,留下了需要各种解决方案和不同优化的空间。然而,所有这些的共同点将是增加更高的功率、电压水平和效率。

    此外,随着此类基础设施的大规模推出,预计对尺寸、重量、成本和可靠性的限制会更强,竞争格局将变得更加严峻,并且安装的投资回报率将最大化。

    就拿现在的事实是 SiC功率技术 正在成熟并且其价格正在达到具有吸引力的水平,这为先进的 SiC 功率集成??榧际趿粝铝伺畈⒄沟目占?。更高的效率和卓越的热性能,使充电系统更轻、更小且成本优化,可提供高达 400kW 的功率。

    除了SiC 技术和电源???/u>的固有优势之外 ,充电器的可靠性仍然是有效和广泛部署电动汽车的基石。安森美半导体不仅是SiC 技术 和功率集成??榈牧煜日?,而且在质量上也有所不同。

    成为为数不多的具有完整SiC供应链集成的供应商之一, 安森美半导体确保我们SiC 分立 和???产品的最高质量和可靠性标准,以及卓越的运营和灵活性。

    编辑:hfy

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    78A是一款4位可配置双电源双向自动感应转换器,不需要方向控制引脚。 V CC I / O和V L I / O端口设计用于跟踪两个不同的电源轨,V CC 和V L 。 V CC 电源轨可配置为1.65V至5.5V,而V L 电源轨可配置为1.65V至5.5V。这允许V L 侧的电压逻辑信号在V CC 侧转换为更低,更高或相等值的电压逻辑信号,反之亦然。 NLSX4378A转换器在I / O线上集成了10K欧姆上拉电阻。集成的上拉电阻用于将I / O线上拉至V L 或V CC 。 NLSX4378非常适合开漏应用,例如I 2 C通信总线。 特性 优势 宽VCC工作范围:1.65V至5.5V 宽VL工作范围:1.65V至5.5V 允许连接多个电压系统 高速,24 Mb / s保证数据速率 最大限度地减少系统延迟 低位偏移 适合差异信号传输 小型包装 - 2.02 x 1.54mm uBump12 节省物理空间解决方案 应用 终端产 I2C,SMBus,PMBus 低压ASIC级别转换 手机,PDA,相机 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 08-03 04:02 ? 280次 阅读
    NLSX4378A 电平转换器 4位 24 Mbps 双电源

    NLSX4401DFT2G 1位20 Mb / s双电源电平转换器

    01是一款1位可配置双电源双向自适应传感转换器,不需要方向控制引脚.I / O VCC和I / O VL端口分别用于跟踪两个不同的电源轨,VCC和VL 。 VCC和VLsupply轨道均可配置为1.5 V至5.5 V.这样,VL侧的电压逻辑信号可在VCC侧转换为更低,更高的等值电压逻辑信号,反之亦然.NLSX4401转换器已集成I / O线上有10 k上拉电阻。集成的上拉电阻用于将I / O线上拉至VL或VCC。 NLSX4401非常适合开放式应用,如I2C通信总线。 特性 VL可以小于,大于或等于VCC 宽VCC工作范围:1.5 V至5.5 V 宽VL工作范围:1.5 V至5.5 V 高速,24 Mb / s保证日期速率 低位偏斜 启用输入和I / O引脚是过压容差(OVT)以使能输入和I / O引脚是过压容差(OVT)至5.5 V 非优先通电排序 断电?;? 应用 终端产品 I2C,SMBus,PMBus 低压ASIC级别转换 手机,相机,消费品 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 08-03 04:02 ? 109次 阅读
    NLSX4401DFT2G 1位20 Mb / s双电源电平转换器

    NLU1GT125 单个非反相缓冲器 3态

    125 MiniGate?是一款先进的CMOS高速非反相缓冲器,占用空间极小。 NLU1GT125要求将3状态控制输入()设置为高,以将输出置于高阻态。器件输入与TTL型输入阈值兼容,输出具有完整的5.0 V CMOS电平输出摆幅。无论电源电压如何,当施加高达7.0伏的电压时,NLU1GT125输入和输出结构都能提供?;?。 特性 高速:t PD = 3.8 ns(典型值)V CC = 5.0 V 低功耗:I CC =1μA(Max),TA = 25°C TTL兼容输入:V IL = 0.8 V; V IH = 2.0 V 输入时提供断电?;? 平衡传播延迟 超小无铅封装 应用 ASIC FixesSimplified PCB RoutingGlue LogicSystem IntegrationVoltage Translation 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 08-01 17:02 ? 88次 阅读
    NLU1GT125 单个非反相缓冲器 3态

    FSA839 低压 带关断隔功能的0.8Ω单刀双掷(SPDT)模拟开关

    是高性能的单刀双掷(SPDT)模拟开关,用于由低电压(1.8V)基带处理器或ASIC驱动的音频应用。该器件在V CC = 4.5 V时具有0.8Ω(最大值)的超低R ON ,可在1.65V到5.5V的宽V CC 范围内工作。该器件采用亚微米CMOS FSA839在低电压ASIC和常规的音频放大器之间连接,CODEC在高达5.5V的工作电压范围内运行??刂频缏吩市砜刂埔牛⊿el)上提供1.8V(典型值)信号。 应用 多媒体平板电脑 存储和外设 手机 WLAN网卡和宽带接入 PMP / MP3播放器 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 08-01 01:02 ? 97次 阅读
    FSA839 低压 带关断隔功能的0.8Ω单刀双掷(SPDT)模拟开关

    NXH240B120H3Q1 功率集成??椋≒IM)3通道1200 V IGBT + SiC升压 80 A IGBT和20 A SiC二极管

    B120H3Q1PG是一款3通道1200 V IGBT + SiC Boost???。每个通道包括一个快速开关80 A IGBT,一个20 A SiC二极管,一个旁路二极管和一个IGBT?;ざ?。该??榫哂心谥萌让舻缱璨⒕哂醒古湎?。 特性 优势 1200 V快速开关IGBT 降低IGBT的开关损耗可实现更高的fsw和更紧凑的设计 1200 SiC二极管 降低二极管的开关损耗可实现更高的fsw和更紧凑的设计 低Vf旁路二极管 提高旁路模式的效率 压合销 无焊接安装 应用 终端产品 太阳能逆变器升压阶段 分散式公用事业规模太阳能逆变器 商业串式逆变器 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-31 08:02 ? 168次 阅读
    NXH240B120H3Q1 功率集成??椋≒IM)3通道1200 V IGBT + SiC升压 80 A IGBT和20 A SiC二极管

    NXH80B120H2Q0 功率集成???双升压 1200 V 40 A IGBT + 1200 V 15 A SiC二极管

    120H2Q0SG是一款功率集成??椋≒IM),包含一个双升压级,由两个40A / 1200V IGBT,两个15A / 1200V SiC二极管和两个用于IGBT的25A / 1600V反并联二极管组成。另外还包括两个用于浪涌电流限制的25A / 1600V旁路整流器。包括一个板载热敏电阻。 特性 优势 IGBT规格:VCE(SAT)= 2.2 V,ESW = 2180 uJ 具有低VCE(SAT)的快速IGBT以实现高效率 25 A / 1600 V旁路和反并联二极管 低VF旁路二极管,在旁路模式下具有出色的效率 SiC整流器规格:VF = 1.4 V 用于高速切换的SiC二极管 可焊接引脚 轻松安装 双升压40 A / 1200 V IGBT + SiC整流器混合??? 热敏电阻 应用 终端产品 太阳能逆变器升压阶段 太阳能逆变器 UPS 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-31 08:02 ? 93次 阅读
    NXH80B120H2Q0 功率集成???双升压 1200 V 40 A IGBT + 1200 V 15 A SiC二极管

    NXH100B120H3Q0 功率集成???双升压 1200 V 50 A IGBT + 1200 V 20 A SiC二极管

    B120H3Q0是一款功率集成??椋≒IM),包含一个双升压级,由两个50A / 1200V IGBT,两个20A / 1200V SiC二极管和两个用于IGBT的25A / 1600V反并联二极管组成。另外还包括两个用于浪涌电流限制的25A / 1600V旁路整流器。包括一个板载热敏电阻。 特性 优势 IGBT规格:VCE(SAT)= 1.77 V,ESW = 2200 uJ 具有低VCE(SAT)的快速IGBT以实现高效率 25 A / 1600 V旁路和反并联二极管 低VF旁路二极管,在旁路模式下具有出色的效率 SiC整流器规格:VF = 1.44 V 用于高速开关的SiC二极管 焊针和压合销选项 灵活安装 应用 终端产品 MPPT提升阶段 Bat tery Charger Boost Stage 太阳能逆变器 储能系统 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-31 07:02 ? 106次 阅读
    NXH100B120H3Q0 功率集成???双升压 1200 V 50 A IGBT + 1200 V 20 A SiC二极管

    FPF2G120BF07AS 具有NTC的F2,3ch升压???/a>

    一种快速,可靠的的安装方式。 特性 高效率 低传导损耗和开关损耗 高速场截止IGBT SiC SBD用作升压二极管 内置NTC可实现温度监控 电路图、引脚图和封装图
    发表于 07-31 04:02 ? 154次 阅读
    FPF2G120BF07AS 具有NTC的F2,3ch升压??? />    </a>
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    NCP566 LDO稳压器 1.5 A 超高PSRR 具有快速瞬态响应

    低压差(LDO)线性稳压器将在固定输出电压下提供1.5 A电流??焖倩仿废煊偷脱共钍垢梦妊蛊鞣浅J视糜诘偷缪购土己酶涸厮蔡煊Ψ浅V匾挠τ?。器件?;ぐǖ缌飨拗?,短路?;ず腿裙囟?。 NCP566采用SOT-223封装。 特性 超快速瞬态响应(
    发表于 07-30 08:02 ? 75次 阅读
    NCP566 LDO稳压器 1.5 A 超高PSRR 具有快速瞬态响应

    NCP3284 4.5V至18V 30A高效率 DC / DC转换器 采用耐热增强型5mm x 6mm封装

    4是一款30A POL,适用于在小型电路板占板面积内要求高效率的应用。该器件将DC / DC控制器与两个高效mosfet集成在一个采用热增强型5mm x 6mm QFN封装的信号中。它采用获得专利的增强型斜坡脉冲调制控制架构,可提供超快的负载瞬变,从而减少外部电容和/或提供更好的瞬态容差。与传统的恒定时间控制器相比,新架构还改进了负载调节。 特性 优势 效率高 减少电力损失 快速装载瞬态 减少输出电容的数量 频率选择 优化效率和输出滤波器尺寸的权衡 0.6%准确参考 允许非常精确的输出电压 远程感知 提供准确的输出电压 启用输入和电力良好指标 二手用于控制排序 可调节电流限制 低电流设计的灵活性 可调节软启动 允许控制开启坡道 热增强型QFN封装 改善散热 指定-40C至125C 应用 终端产品 服务器 网络 电信 ASICs servere 存储 网络 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 04:02 ? 347次 阅读
    NCP3284 4.5V至18V 30A高效率 DC / DC转换器 采用耐热增强型5mm x 6mm封装

    NCP3233 降压转换器工作电压范围为3V至21V 最高可达20A

    3是一款20A降压转换器(内置MOSFET),工作电压范围为3V至21V,无需外部偏置。该固定式变频器具有高效率,可调节输出以提供低至0.6V的电压??傻鞯缌飨拗圃市砥骷糜诙喔龅缌魉?。该器件采用耐热增强型6mm x 6mm QFN封装,高效电压模式同步降压转换器,工作电压为3 V至21 V,输出电压低至0.6 V,最高25 A DC负载或30 A瞬时负载。 特性 优势 宽输入电压范围为3V至21V 允许同一器件用于3.3V,5V和12V母线 300kHz,500kHz和1MHz开关频率 用户可选择的选项,允许在效率和解决方案尺寸之间进行优化权衡 无损耗低侧FET电流检测 提高效率 0.6V内部参考电压 低压输出以适应低压核心 外部可编程软启动 降低浪涌电流并防止启动时出现无根据的过电流 预偏置启动 防止反向电流流动 所有故障的打嗝模式操作 如果故障情况消除,则允许重新启动 可调输出电压 灵活性 可调节电流限制 优化过流条件。允许较低饱和电流的较小电感器用于较低电流应用 输出过压?;ず颓费沟缪贡;? 应用 终端产品 高电流POL应用 AS...
    发表于 07-30 04:02 ? 340次 阅读
    NCP3233 降压转换器工作电压范围为3V至21V 最高可达20A

    NCP3231A 高电流同步降压转换器

    1A是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高可达25 A. 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 500KHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低端FET电流检测 良好的散热性能 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出o电压和欠压?;? 使用热敏电阻或传感器通过OTS引脚进行系统过热?;? 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电源良好指示灯 内部过热?;? 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 04:02 ? 254次 阅读
    NCP3231A 高电流同步降压转换器

    NCP3231B 高电流 1MHz 同步降压转换器

    1B是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高可达25 A. 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 1MHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低端FET电流检测 良好的散热性能 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出ove r电压和欠压?;? 使用热敏电阻或传感器通过OTS引脚进行系统过热?;? 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电源良好指示灯 内部过热?;? 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 04:02 ? 127次 阅读
    NCP3231B 高电流 1MHz 同步降压转换器

    NCP3231 高电流同步降压转换器

    1是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高25 A DC负载或30 A瞬时负载。 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 500KHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低 - 侧FET电流检测 提高效率 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出过压?;ず颓费贡;? 使用热敏电阻或传感器进行系统过热?;? 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电力良好输出 内部过热?;? 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 03:02 ? 173次 阅读
    NCP3231 高电流同步降压转换器

    NCP1592 同步降压稳压器 PWM 6.0 A 集成FET

    2是一款低输入电压,6 A同步降压转换器,集成了30mΩ高侧和低侧MOSFET。 NCP1592专为空间敏感和高效应用而设计。主要特性包括:高性能电压误差放大器,欠压锁定电路,防止启动直到输入电压达到3 V,内部或外部可编程软启动电路,以限制浪涌电流,以及电源良好的输出监控信号。 NCP1592采用耐热增强型28引脚TSSOP封装。 特性 30mΩ,12 A峰值MOSFET开关,可在6 A连续输出源或接收器处实现高效率电流 可调节输出电压低至0.891 V,准确度为1.0% 宽PWM频率:固定350 kHz,550 kHz或可调280 kHz至700 kHz 应用 终端产品 低压,高密度分布式电源系统 FPGA 微处理器 ASICs 便携式计算机/笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 03:02 ? 123次 阅读
    NCP1592 同步降压稳压器 PWM 6.0 A 集成FET

    NCP3230 DC / DC转换器 4.5 V至18 V 30 A.

    C转换器采用耐热增强型6mm x 6mm QFN封装,可提供高达30 A的电流。 特性 优势 效率高 降低功耗并减少散热问题 4.5 V至18 V输入范围 允许使用5 V或12 V母线进行操作 综合mosfets 简化设计并提高可靠性 可调节软启动时序,输出电压 设计灵活性 过压,欠压和过流?;? 安全启动到预偏置输出 应用 终端产品 高电流POL应用 为asics,fpga和DSP供电 基站 服务器和存储 网络 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 03:02 ? 116次 阅读
    NCP3230 DC / DC转换器 4.5 V至18 V 30 A.

    NCP3235 4.5 V至21 V 集成MOSFET的DC / DC转换器

    5是一款带内部MOSFET的15 A DC / DC转换器,设计灵活。该器件可提供低至0.6V至输入电压80%以上的可调输出电压。功能包括可调电流限制,输出电压和软启动时序。引脚可选功能可实现550 kHz或1 MHz的开关频率,选择DCM / CCM工作模式,以及在过流期间锁定或打嗝模式的能力。该器件可配置为在超声模式下工作,以避开音频带。该器件采用耐热增强型6mm x 6mm TQFN封装。 特性 优势 准确0.6 V参考 可调输出以设置所需电压低至0.6 V DCM / CCM可选择选项 在不连续模式下操作以在轻负载下提高效率 550kHz / 1.1MHz开关频率 选择更高效率或更小输出滤波器的设计灵活性 超声波模式 保持电容器不发出声音 热增强型QFN封装 3个裸露焊盘散布更高 4.5 V至21 V的宽工作范围 允许跨多个应用程序使用 可调软启动 允许在通电期间平稳上升 应用 终端产品 计算/服务器 数据通信/网络 FGPA,ASIC,DSP电源 12 V负载点 桌面 服务器 网络 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 03:02 ? 151次 阅读
    NCP3235 4.5 V至21 V 集成MOSFET的DC / DC转换器
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