充电桩主电路图

充电桩充电模块常见结构、原理以及市场调研随着电动汽车的快速发展，充电桩作为电动汽车产业的基础设施建设越来越受到中央和地方政府的重视，对充电桩电源模块的要求也越来越高，充电模块属于电源产品中的一大类，好比充电桩的“心脏”，不仅提供能源电力，还可对电路进行控制、转换，保证了供电电路的稳定性，模块的性能不仅直接影响充电桩整体性能，同样也关联着充电安全问题。

同时，充电模块占整个充电桩整机成本的一半以上，也是充电桩的关键技术核心之一。

因此，作为充电桩的设备生产厂家，面对激烈的市场竞争，避免在行业洗牌阶段被无情的淘汰出局的悲剧命运，必须掌握并自主研发生产性价比高的充电模块。

一、充电模块生产厂家各主流充电机模块的型号、技术方案，技术参数和尺寸等相关参数如下表所示：（艾默生），盛弘，麦格米特，核达中远通，新亚东方，金威源，优优绿源，中兴、凌康技术，健网科技，菊水皇家，泰坦、奥特迅，英耐杰，科士达，台湾的飞宏，华盛新能，石家庄的通合电子，杭州的中恒电气，北京的中思新科等厂家在对外销售或自家充电桩使用。

二、充电模块的主流拓扑1、前级PFC的拓扑方式：（1）三相三线制三电平VIENNA：’目前市场上充电模块主流的PFC拓扑方式如上图所示：三相三线制三电平VIENNA，英可瑞，英飞源，艾默生，麦格米特，盛弘，通合等均采用此拓扑结构。

此拓扑方式每相可以等效为一个BOOST电路。

由于VIENNA整流器具有以下诸多优点，使得其十分适合作为充电机的整流装置的拓扑。

1、大规模的充电站的建设需要大量的充电机，成本的控制十分必要，VIENNA整流器减少了功率开关器件个数同时其三电平特性降低了功率开关管最大压降，可以选用数量较少且相对廉价的低电压等级的功率器件，大大降低了成本；2、功率密度即单位体积的功率大小也是充电机的重要指标，VIENNA整流器控制频率高的特点使电感和变压器的体积减小，很大程度上缩小了充电机的体积，提高了功率密度；3、VIENNA整流器的高功率因数和低谐波电流，使充电机不会给电网带来大量的谐波污染，有利于充电站的大规模建设。

直流充电桩的工作原理/状态直流充电线路组成。

图1 直流充电示意图如上图，直流充电桩输出由9根线组成，分别是：直流电源线路：DC+、DC-;设备地线：PE;充电通信线路：S+、S-;充电连接确认线路：CC1、CC2;低压辅助电源线路：A+、A-。

直流充电桩就是通过这9根线给电动汽车进行充电，其具体的充电模型如下：图2 直流充电模型左边是非车载充电机（即直流充电桩），右边是电动汽车，二者通过车辆插座相连。

图3中的S开关是一个常闭开关，与直流充电枪头上的按键（即机械锁）相关联，当按下充电枪头上的按键，S开关即打开。

而图3中的U1、U2是一个12V上拉电压，R1~R5是阻值约1000欧的电阻，R1、R2、R3在充电枪上，R4、R5在车辆插座上。

图3 直流充电模型车辆接口连接确认阶段：当按下枪头按键，插入车辆插座，再放开枪头按键。

充电桩的检测点1将检测到12V-6V-4V的电平变化。

一旦检测到4V、充电桩将判断充电枪插入成功，车辆接口完全连接，并将充电枪中的电子锁进行锁定，防止枪头脱落。

直流充电桩自检阶段：在车辆接口完全连接后，充电桩将闭合K3、K4，使低压辅助供电回路导通，为电动汽车控制装置供电（有的车辆不需要供电）（车辆得到供电后，将根据监测点2的电压判断车辆接口是否连接，若电压值为6V，则车辆装置开始周期发送通信握手报文），接着闭合K1、K2，进行绝缘检测，所谓绝缘检测，即检测DC线路的绝缘性能，保证后续充电过程的安全性。

绝缘检测结束后，将投入泄放回路泄放能量，并断开K1、K2，同时开始周期发送通信握手报文。

图4 充电桩自检阶段示意图充电准备就绪阶段：接下来，就是电动汽车与直流充电桩相互配置的阶段，车辆控制K5、K6闭合，使充电回路导通，充电桩检测到车辆端电池电压正常（电压与通信报文描述地电池电压误差≤±5%，且在充电桩输出最大、最小电压的范围内）后闭合K1、K2，直流充电线路导通，电动汽车就准备开始充电了。

最近这几年充电模块是热门，从最开始的、10kW 到后面的15kW、20kW，功率等级不断的提高。

市场上的充电模块绝大部分都是三相输入，PFC 部分也基本都是采用的三相无中线VIENNA 结构的拓扑。

借这次技术分享的机会，分享一下个人对「三相 VIENNA 拓扑」的理解，希望和大家一起探讨交流。

我会从以下几个方面进行说明：①主电路组成②工作原理③控制模式④控制地的选择⑤母线均压原理⑥原理仿真一、主电路的组成如图所示，是三相 VIENNA PFC 拓扑的主电路，大致如下：1. 三相二极管整流桥，使用超快恢复二极管或 SiC 二极管；2. 每相一个双向开关，每个双向开关由两个 MOS 管组成，利用了其固有的反并联体二极管，共用驱动信号，降低了控制和驱动的难度。

相比其他组合方案，具有效率高、器件数量少的优点；3. 电流流过的半导体数量最少，以 a 相为例：▪双向开关 Sa 导通时，电流流过2个半导体器件，euo=0，桥臂中点被嵌位到 PFC 母线电容中点；▪双向开关关断时，电流流过1个二极管，iu>0 时euo=400V， iu<0 时 euo=-400V，桥臂中点被嵌位到 PFC 正母线或负母线。

二、工作原理电路的工作方式靠控制 Sa、Sb、Sc 的通断，来控制 PFC 电感的充放电，由于 PFC 的 PF 值很接近1，在分析其工作原理时可以认为电感电流和输入电压同相，三相点平衡，并且各相差120度；1. 主电路的等效电路①三相三电平 Boost 整流器可以被认为是三个单相倍压 Boost 整流器的 Y 型并联；②三个高频 Boost 电感，采用 CCM 模式，减少开关电流应力和 EMI 噪声；③两个电解电容构成电容中点，提供了三电平运行的条件；这个 eun 的表达式非常重要。

2. 主电路的开关状态三相交流电压波形如下，U、V、W 各相差120度三相交流电压波形通过主电路可以看出，当每相的开关 Sa、Sb、Sc 导通时，U、V、W 连接到电容的中点 O，电感 La、Lb、Lc 通过 Sa、Sb、Sc 充电，每相的开关关断时，U、V、W 连接到电容的正电平（电流为正时）后者负电平（电流为负时），电感通过 D1-D6 放电，以0~30度为例，ia、ic 大于零，ib 小于零。

充电桩充电模块常见结构、原理以及市场调研随着电动汽车的快速发展，充电桩作为电动汽车产业的基础设施建设越来越受到中央和地方政府的重视，对充电桩电源模块的要求也越来越高，充电模块属于电源产品中的一大类，好比充电桩的“心脏”，不仅提供能源电力，还可对电路进行控制、转换，保证了供电电路的稳定性，模块的性能不仅直接影响充电桩整体性能，同样也关联着充电安全问题。

同时，充电模块占整个充电桩整机成本的一半以上，也是充电桩的关键技术核心之一。

因此，作为充电桩的设备生产厂家，面对激烈的市场竞争，避免在行业洗牌阶段被无情的淘汰出局的悲剧命运，必须掌握并自主研发生产性价比高的充电模块。

一、充电模块生产厂家各主流充电机模块的型号、技术方案，技术参数和尺寸等相关参数如下表所示：（艾默生），盛弘，麦格米特，核达中远通，新亚东方，金威源，优优绿源，中兴、凌康技术，健网科技，菊水皇家，泰坦、奥特迅，英耐杰，科士达，台湾的飞宏，华盛新能，石家庄的通合电子，杭州的中恒电气，北京的中思新科等厂家在对外销售或自家充电桩使用。

二、充电模块的主流拓扑1、前级PFC的拓扑方式：（1）三相三线制三电平VIENNA：’目前市场上充电模块主流的PFC拓扑方式如上图所示：三相三线制三电平VIENNA，英可瑞，英飞源，艾默生，麦格米特，盛弘，通合等均采用此拓扑结构。

此拓扑方式每相可以等效为一个BOOST电路。

由于VIENNA整流器具有以下诸多优点，使得其十分适合作为充电机的整流装置的拓扑。

1、大规模的充电站的建设需要大量的充电机，成本的控制十分必要，VIENNA整流器减少了功率开关器件个数同时其三电平特性降低了功率开关管最大压降，可以选用数量较少且相对廉价的低电压等级的功率器件，大大降低了成本；2、功率密度即单位体积的功率大小也是充电机的重要指标，VIENNA整流器控制频率高的特点使电感和变压器的体积减小，很大程度上缩小了充电机的体积，提高了功率密度；3、VIENNA整流器的高功率因数和低谐波电流，使充电机不会给电网带来大量的谐波污染，有利于充电站的大规模建设。

充电桩工作原理电气系统交流充电桩电气系统设计如图5所示，主回路由输入保护断路器、交流智能电能表、交流控制接触器和充电接口连接器组成；二次回路由控制继电器、急停按钮、运行状态指示灯、充电桩智能控制器和人机交互设备（显示、输入与刷卡）组成。

主回路输入断路器具备过载、短路和漏电保护功能；交流接触器控制电源的通断；连接器提供与电动汽车连接的充电接口，具备锁紧装置和防误操作功能。

二次回路提供“启停”控制与“急停”操作；信号灯提供“待机”、“充电”与“充满”状态指示；交流智能电能表进行交流充电计量；人机交互设备则提供刷卡、充电方式设置与启停控制操作。

工作流程交流充电桩的刷卡交易工作流程如图6所示。

通信管理整体系统由四部分组成：电动汽车充电桩、集中器、电池管理系统系统(BMS)、充电管理服务平台。

电动汽车充电桩的控制电路主要由嵌入式ARM处理器完成，用户可自助刷卡进行用户鉴权、余额查询、计费查询等功能，也可提供语音输出接口，实现语音交互。

用户可根据液晶显示屏指示选择4种充电模式：包括按时计费充电、按电量充电、自动充满、按里程充电等。

电动汽车充电机控制器与集中器利用CAN总线进行数据交互，集中器与服务器平台利用有线互联网或无线GPRS网络进行数据交互，为了安全起见，电量计费和金额数据实现安全加密。

电池管理系统系统(BMS)的主要功能是监控电池的工作状态(电池的电压、电流和温度)、预测动力电池的电池容量(SOC)和相应的剩余行驶里程，进行电池管理以避免出现过放电、过充、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象，最大限度地利用电池存储能力和循环寿命。

充电服务管理平台主要有三个功能：充电管理、充电运营、综合查询。

充电管理对系统涉及到的基础数据进行集中式管理，如电动汽车信息、电池信息、用户卡信息、充电桩信息;充电运营主要对用户充电进行计费管理;综合查询指对管理及运营的数据进行综合分析查询。

控制导引系统连接方式见图B2、图B3、图B4。

充电桩充电模块常见结构、原理以及市场调研随着电动汽车的快速发展，充电桩作为电动汽车产业的基础设施建设越来越受到中央和地方政府的重视，对充电桩电源模块的要求也越来越高，充电模块属于电源产品中的一大类，好比充电桩的“心脏”，不仅提供能源电力，还可对电路进行控制、转换，保证了供电电路的稳定性，模块的性能不仅直接影响充电桩整体性能，同样也关联着充电安全问题。

同时，充电模块占整个充电桩整机成本的一半以上，也是充电桩的关键技术核心之一。

因此，作为充电桩的设备生产厂家，面对激烈的市场竞争，避免在行业洗牌阶段被无情的淘汰出局的悲剧命运，必须掌握并自主研发生产性价比高的充电模块。

一、充电模块生产厂家各主流充电机模块的型号、技术方案，技术参数和尺寸等相关参数如下表所示：序号品牌功率(kW)型号前级PFC 方案后级DC-DC 方案规格尺寸mm 体积电压电流宽深高（cm3 ）功率密度（W/cm3 ）1 15 REG50040V VIENNA 三电平移相全桥150Vdc ～550Vdc 0～35 A 226 395 84 7498.68 2.0002 15 REG75030V VIENNA 三电平移相全桥150Vdc ～750Vdc 0～25 A 215 395 84 7133.7 2.103英飞源3 21 REG50050V VIENNA 三电平移相全桥150Vdc ～500Vdc 0～50 A 226 395 84 7498.68 2.8004 20 REG75030V VIENNA 三电平移相全桥150Vdc ～750Vdc 0～33 A 215 395 84 7133.7 2.8045 15 EVR400-15000 VIENNA 两组二电平LLC 全桥串联200Vdc ～450Vdc 3.4 ～37.4 A 500 410 88 18040 0.8316 15 EVR500-15000 VIENNA 两组二电平LLC 全桥串联200Vdc ～500Vdc 3～33 A 500 410 85 17425 0.8617 15 EVR600-15000 VIENNA 两组二电平LLC 全桥串联100Vdc ～600Vdc 2.5 ～37.5 A 500 410 85 17425 0.8618 15 EVR600-15000B VIENNA 两组二电平LLC 全桥串联200Vdc ～750Vdc 2.5 ～37.5 A 500 410 85 17425 0.8619 15 EVR700-15000 VIENNA 两组二电平LLC 全桥串联200Vdc ～750Vdc 2～22 A 500 410 85 17425 0.86110 15 EVR1000-15000 VIENNA 两组二电平LLC 全桥串联200Vdc ～1000Vdc 1.5 ～16.5 A 500 410 85 17425 0.86111 15 EVR700-15000B VIENNA 两组二电平LLC 全桥串联200Vdc ～750Vdc 2～22 A 447 370 42 6946.38 2.15912 15 EVR600-15000D VIENNA 两组二电平LLC 全桥串联200Vdc ～750Vdc 2.5 ～37.5 A 447 370 42 6946.38 2.15913 15 EVR500-15000B VIENNA 两组二电平LLC 全桥串联200Vdc ～500Vdc 3～33 A 447 370 42 6946.38 2.159英可瑞14 15 EVR400-15000B VIENNA 两组二电平LLC 全桥串联200Vdc ～450Vdc 4～44 A 447 370 42 6946.38 2.15915 15 EVR700-15000C VIENNA 两组二电平LLC 全桥串联200Vdc ～750Vdc 2～22 A 240 370 85 7548 1.98716 15 EVR600-15000C VIENNA 两组二电平LLC 全桥串联200Vdc ～750Vdc 2.5 ～37.5 A 240 370 85 7548 1.98717 15 EVR500-15000C VIENNA 两组二电平LLC 全桥串联200Vdc ～500Vdc 3～33 A 240 370 85 7548 1.98718 15 EVR400-15000C VIENNA 两组二电平LLC 全桥串联200Vdc ～450Vdc 4～44 A 240 370 85 7548 1.98719 20 EVR700-20000C VIENNA 两组二电平LLC 全桥串联200Vdc ～750Vdc 2.7 ～30 A 240 370 85 7548 2.65020 20 EVR500-20000C VIENNA 两组二电平LLC 全桥串联200Vdc ～500Vdc 4～44 A 240 370 85 7548 2.65021 20 EVR700-20000 VIENNA 两组二电平LLC 全桥串联200Vdc ～750Vdc 4～44 A 500 410 85 17425 1.14822 20 EVR500-20000 VIENNA 两组二电平LLC 全桥串联200Vdc ～500Vdc 6～60 A 240 370 85 7548 2.65023 15 R50030G1 交错式PFC 两组二电平三相交错LLC 串联200Vdc ～500Vdc 0～36 A 206 470 83 8036.06 1.867华为24 15 R75020G1 交错式PFC 两组二电平三相交错LLC 串联300Vdc ～750Vdc 0～24 A 206 470 83 8036.06 1.86725 15 ER75020T VIENNA 三电平LLC 半桥200Vdc ～750Vdc 0～22 A 450 460 87 18009 0.833艾默生26 15 ER75020T2 VIENNA 三电平移相全桥50Vdc ～750Vdc 0～25 A 215 395 84 7133.7 2.10327 15 ser750-20 VIENNA 三电平LLC 全桥200Vdc ～750Vdc 0～20 A 220 425 132 12342 1.215盛弘28 15 SR450-30 VIENNA 三电平LLC 全桥200Vdc ～500Vdc 0～33 A 220 425 132 12342 1.21529 麦格米特15 MR750-20 VIENNA （两管并）两组二电平LLC 全桥串联250Vdc ～750Vdc 0.5 ～21 A 217 436 88 8325.86 1.80230 10 TH700Q15ND-A VIENNA 两组二电平三相交错LLC 串联300Vdc ～750Vdc 0～15 A 220 396.5 85 7414.55 1.34931 通合电子10 TH500Q20ND-A VIENNA 两组二电平三相交错LLC 串联200Vdc ～500Vdc 0～20A 220 396.5 85 7414.55 1.34932 20 TH500Q40ND-A VIENNA 两组二电平三相交错LLC 串联200Vdc ～500Vdc 0～40A 220 396.5 85 7414.55 2.697目前市场上出货量前三名为深圳的英可瑞，华为和英飞源。

充电桩的电路拓扑和工作原理I. 引言随着电动车的普及和市场需求的增长，充电桩成为了一个重要的充电设施。

充电桩的电路拓扑和工作原理对于其稳定、高效地向电动车充电至关重要。

本文将探讨充电桩电路拓扑和工作原理的相关内容。

II. 充电桩的电路拓扑充电桩的电路拓扑一般可分为三种：线性电源充电桩、开关电源充电桩和变流器充电桩。

1. 线性电源充电桩线性电源充电桩采用线性稳压器作为其电源供应，其电路结构相对简单。

该类型充电桩使用稳压二极管和稳压三极管来控制输出电压，通过调节变阻器来实现对电流的控制。

然而，线性电源充电桩效率相对较低，且部分输入电能会被转化为热能的形式消耗。

2. 开关电源充电桩开关电源充电桩采用开关电源作为其电源供应，具有高转换效率和稳定的输出特性。

开关电源充电桩使用开关管和控制器来实现电流和电压的调节。

通过开关管的开关作用，能够将输入电压转换为高频脉冲信号，再经过滤波电路得到稳定的直流输出。

3. 变流器充电桩变流器充电桩采用变流器作为其电源供应，可以实现交流电至直流电的转换。

变流器充电桩一般采用全桥变流器或半桥变流器作为关键的变流器拓扑结构，通过控制变流器开关实现对输出电流和电压的调节。

这种拓扑结构具有高效率、高稳定性和较好的电流质量。

III. 充电桩的工作原理充电桩的工作原理主要包括充电连接管理、充电控制和充电保护三个方面。

1. 充电连接管理充电连接管理是指充电桩与电动车之间的连接和识别过程。

充电桩通常使用插头和插座来实现与电动车的物理连接。

充电桩中的识别设备能够与电动车进行通信，确认充电接口类型和充电参数，保证正确的充电连接。

2. 充电控制充电控制是指通过电子控制器对充电过程进行管理和控制。

充电控制器一般包括充电模块、保护模块和通信模块。

充电模块负责调节输出电流和电压，保护模块用于监测和保护充电桩和电动车的安全，通信模块用于与充电桩管理系统进行数据交互。

3. 充电保护充电保护是指在充电过程中保证充电桩和电动车的安全。

直流充电桩的工作原理：1.认识充电枪：DC+、DC-:直流电源线路A+、A-:低压辅助电源线路S+、S-:充电通信线路屏蔽线CC1、CC2:充电连接确认线路PE:设备地线充电模型图：2.直流充电机充电的几个阶段：物理连接阶段、低压辅助上电阶段、充电握手阶段、充电参数配置阶段、充电阶段、充电结束阶段我们可以看到左边是非车载充电机（即直流充电桩），右边是电动汽车，二者通过车辆插座相连。

图中的S开关是一个常闭开关，与直流充电枪头上的按键（即机械锁）相关联，当我们按下充电枪头上的按键，S开关即打开。

而图中的U1、U2是一个12V上拉电压，R1~R5是阻值约1000欧的电阻，R1、R2、R3在充电枪上，R4、R5在车辆插座上。

车辆接口连接确认阶段：当我们按下枪头按键，插入车辆插座，再放开枪头按键。

充电桩的检测点1将检测到12V-6V-4V的电平变化。

一旦检测到4V、充电桩将判断充电枪插入成功，车辆接口完全连接，并将充电枪中的电子锁进行锁定，防止枪头脱落。

直流充电桩自检阶段：在车辆接口完全连接后，充电桩将闭合K3、K4，使低压辅助供电回路导通，为电动汽车控制装置供电（有的车辆不需要供电）（车辆得到供电后，将根据监测点2的电压判断车辆接口是否连接，若电压值为6V，则车辆装置开始周期发送通信握手报文），接着闭合K1、K2，进行绝缘检测，所谓绝缘检测，即检测DC线路的绝缘性能，保证后续充电过程的安全性。

绝缘检测结束后，将投入泄放回路泄放能量，并断开K1、K2，同时开始周期发送通信握手报文充电准备就绪阶段接下来，就是电动汽车与直流充电桩相互配置的阶段，车辆控制K5、K6闭合，使充电回路导通，充电桩检测到车辆端电池电压正常（电压与通信报文描述地电池电压误差≤±5%，且在充电桩输出最大、最小电压的范围内）后闭合K1、K2，那么直流充电线路导通，电动汽车就准备开始充电了。

充电阶段：在充电阶段，车辆向充电桩实时发送电池充电需求的参数，充电桩会根据该参数实时调整充电电压和电流，并相互发送各自的状态信息（充电桩输出电压电流、车辆电池电压电流、SOC）等充电结束阶段：车辆会根据BMS是否达到充满状态或是受到充电桩发来的“充电桩中止充电报文“来判断是否结束充电（非正常条件在后续文章进行介绍）。

最近这几年充电模块是热门，从最开始的7.5kW、10kW 到后面的15kW、20kW，功率等级不断的提高。

市场上的充电模块绝大部分都是三相输入，PFC 部分也基本都是采用的三相无中线VIENNA 结构的拓扑。

借这次技术分享的机会，分享一下个人对「三相VIENNA 拓扑」的理解，希望和大家一起探讨交流。

我会从以下几个方面进行说明：①主电路组成②工作原理③控制模式④控制地的选择⑤母线均压原理⑥原理仿真一、主电路的组成如图所示，是三相VIENNA PFC 拓扑的主电路，大致如下：1. 三相二极管整流桥，使用超快恢复二极管或SiC 二极管；2. 每相一个双向开关，每个双向开关由两个MOS 管组成，利用了其固有的反并联体二极管，共用驱动信号，降低了控制和驱动的难度。

相比其他组合方案，具有效率高、器件数量少的优点；3. 电流流过的半导体数量最少，以a 相为例：▪双向开关Sa 导通时，电流流过2个半导体器件，euo=0，桥臂中点被嵌位到PFC 母线电容中点；▪双向开关关断时，电流流过1个二极管，iu>0 时euo=400V，iu<0 时euo=-400V，桥臂中点被嵌位到PFC 正母线或负母线。

二、工作原理电路的工作方式靠控制Sa、Sb、Sc 的通断，来控制PFC 电感的充放电，由于PFC 的PF 值很接近1，在分析其工作原理时可以认为电感电流和输入电压同相，三相点平衡，并且各相差120度；1. 主电路的等效电路①三相三电平Boost 整流器可以被认为是三个单相倍压Boost 整流器的Y 型并联；②三个高频Boost 电感，采用CCM 模式，减少开关电流应力和EMI 噪声；③两个电解电容构成电容中点，提供了三电平运行的条件；这个eun 的表达式非常重要。

2. 主电路的开关状态三相交流电压波形如下，U、V、W 各相差120度三相交流电压波形通过主电路可以看出，当每相的开关Sa、Sb、Sc 导通时，U、V、W 连接到电容的中点O，电感La、Lb、Lc 通过Sa、Sb、Sc 充电，每相的开关关断时，U、V、W 连接到电容的正电平（电流为正时）后者负电平（电流为负时），电感通过D1-D6 放电，以0~30度为例，ia、ic 大于零，ib 小于零。