Pengantar
Ukuran Pasar Stasiun Pengisian Kendaraan Listrik global diproyeksikan mencapai 30,758 ribu unit pada tahun 2027, dari perkiraan 2,115 ribu unit pada tahun 2020, dengan CAGR sebesar 46.6%. Tahun dasar untuk laporan ini adalah 2019, dan periode perkiraan adalah dari 2020 hingga 2027. (sumber Markets and Markets., Februari 2021).
Secara geografis, penjualan Kendaraan Listrik yang tumbuh pesat di kawasan Asia Pasifik, terutama di China, telah mendorong pertumbuhan pasar global untuk stasiun pengisian kendaraan listrik. Eropa diperkirakan akan menjadi pasar terbesar kedua selama periode perkiraan.
Mempertimbangkan berbagai jenis level pengisian daya, tipe pengisian Level 3 (yaitu pengisian cepat DC) diperkirakan akan tumbuh paling cepat selama periode perkiraan. Pengisian daya Level 3 telah tumbuh pada tingkat tercepat karena kenyamanan pengisian cepat EV dalam waktu 30 menit. Produk STMicroelectronics mendukung pasar/aplikasi ini. Kita akan melihat arsitektur sistem utama dan produk ST utama yang sesuai di bagian berikut.
ARSITEKTUR DAN PRODUK ST
Rentang daya untuk pengisi daya cepat DC mencakup 30-150kW dan menerapkan pendekatan modular (gbr.1) berdasarkan subunit 15-30 kW, yang kemudian ditumpuk untuk menciptakan sistem pengisian daya DC berdaya lebih tinggi. Pendekatan ini memberikan solusi yang fleksibel, cepat, aman, dan terjangkau.
Mengenai tahap daya (bagian PFC + DC-DC), efisiensi desain adalah kuncinya, dan untuk sub-unit rentang daya 15-30kW, ST menawarkan produk yang sesuai, efisien, dan cerdas untuk PFC, DC-DC, dan unit Kontrol/ tahap mengemudi, seperti yang dilaporkan di bagian berikut.
tahap PFC
Tahap koreksi faktor daya (PFC), untuk input 3-fase, dapat diimplementasikan melalui beberapa konfigurasi, dan seringkali topologi penyearah Wina digunakan (gbr.3, tipe 1 atau tipe2).
Berdasarkan desain dan/atau kebutuhan pelanggan, ST menawarkan berbagai macam sakelar (gbr.3, perangkat T):
- SiC MOSFET Gen 2 (seri 650V SCT*N65G2) didasarkan pada sifat maju dan inovatif dari bahan celah pita lebar dan fitur Rdson sangat rendah per area yang dikombinasikan dengan kinerja switching yang sangat baik memberikan desain yang efisien dan kompak. Secara khusus, SCTW4N90G65V-2 4-pin dengan 18mΩ RDS(on), dapat dengan nyaman menangani 90 A arus pembuangan pada 100 °C.
- IGBTseri HB2 (keluarga 650V STGW*H65DFB2) memastikan efisiensi yang lebih tinggi dalam aplikasi yang bekerja pada frekuensi sedang hingga tinggi. Menggabungkan kedua saturasi yang lebih rendah tegangan (1.55 V tip.) dan muatan gerbang total yang lebih rendah, rangkaian IGBT ini memastikan voltase overshoot minimal selama turnoff serta energi turn-off yang lebih rendah dalam aplikasi. Secara khusus, STGW40H65DFB-4 memberikan peralihan yang lebih cepat berkat pin Kelvin yang memisahkan jalur daya dan sinyal penggerak.
- Seri Power MOSFET MDMesh™ M5 (keluarga 650V, STW*N65M5) menggunakan proses vertikal inovatif untuk mendapatkan peringkat VDSS yang lebih tinggi dan kemampuan dv/dt yang tinggi, R yang luar biasaAnak laki-laki x area, dan kinerja switching yang sangat baik.
Pada tahap input, dimungkinkan untuk mengontrol arus masuk dengan perangkat ini:
- SCR Thyristor TN*50H-12WY (gbr.3, Wina 1, perangkat DA), penyearah berkualifikasi AEC-Q101, menawarkan kemampuan pemblokiran 1200V dengan kepadatan daya yang dioptimalkan dan kemampuan arus lonjakan. Dengan cara ini dimungkinkan untuk menghindari penggunaan komponen pasif yang membatasi efisiensi dan masa pakai sistem.
- Penyearah untuk jembatan input, keluarga STBR*12 1200 (gbr.3, Vienna1, perangkat DB) dengan penurunan tegangan maju yang rendah, meningkatkan efisiensi jembatan input sesuai dengan standar yang paling ketat. Produk tersebut ideal untuk digunakan dalam konfigurasi jembatan campuran bersama dengan Thyristor SCR ST.
Sejauh menyangkut dioda, topologi dari yang baru Dioda SiC 650/1200V seri menggabungkan tegangan maju terendah dengan kekokohan arus lonjakan maju yang canggih. Desainer dapat memilih dioda peringkat arus yang lebih rendah tanpa mengorbankan Convertertingkat efisiensi sambil meningkatkan keterjangkauan sistem berkinerja tinggi.
- 650V (STPSC*H65) pada Vienna tipe 1 (gbr.3, perangkat DC)
- 1200V (STPSC*H12) pada Wina tipe 2 (gbr.3, perangkat D)
Tahap DC-DC
Pada tahap konversi DC/DC, topologi resonansi jembatan penuh (gbr.4) sering lebih disukai karena efisiensinya, isolasi galvanik, dan perangkat yang lebih sedikit.
Mempertimbangkan konverter PFC 3-fase dengan Vdi luar= 750-900V, dan baterai HV 400V-800V, untuk konverter resonansi FB-LLC ST mengusulkan:
- SiC MOSFET Gen 2 Seri 1200V SCT*N120G2 (gbr.4, perangkat T)
- Dioda SiC 1200V STPSC*H12 (gbr.4, perangkat D)
Unit kontrol dan tahap mengemudi
Bergantung pada kebutuhan desain, ST menawarkan MCU dan pengontrol digital:
- Mikrokontroler 32-bit yang paling cocok untuk aplikasi manajemen daya adalah STM32F334 (dari keluarga STM32F3) dan STM32G474 (dari keluarga STM32G4). Seri STM32F3 MCU menggabungkan inti ARM® Cortex®-M32 4-bit (dengan instruksi FPU dan DSP) yang berjalan pada 72 MHz dengan pengatur waktu resolusi tinggi dan pembuat bentuk gelombang kompleks plus pengendali peristiwa. Core 32-bit ARM® Cortex®-M4+ seri STM32G4 yang berjalan pada 170 MHz merupakan kelanjutan dari seri STM32F3, mempertahankan kepemimpinan seri dalam analog yang memberikan pengurangan biaya pada tingkat aplikasi, penyederhanaan desain aplikasi, dan kesempatan bagi desainer untuk mengeksplorasi segmen dan aplikasi baru.
jantung dari STRNRG388A pengontrol digital adalah SMED (State Machine Event Driven), yang memungkinkan perangkat untuk mengemudikan enam jam PWM yang dapat dikonfigurasi secara independen dengan resolusi maksimum 1.3 ns. Setiap SMED dikonfigurasi melalui mikrokontroler internal STRNG. Satu set periferal khusus melengkapi perangkat STRNG: 4 pembanding analog, ADC 10-bit dengan op amp yang dapat dikonfigurasi dan sequencer 8 saluran. dan PLL 96 MHz untuk resolusi sinyal keluaran tinggi.
Baru STGAP2SICS adalah driver gerbang tunggal terisolasi galvanik 6kV yang dirancang untuk menggerakkan MOSFET SiC. Ini memiliki kemampuan arus sink/sumber 4A, penundaan propagasi pendek, tegangan suplai hingga 26V, UVLO yang dioptimalkan dan fungsi siaga, dan paket SO8W.
PAPAN EVALUASI ST
Untuk hampir semua jenis aplikasi, ST menawarkan papan evaluasi sistem yang tepat untuk menguji fitur produk ST secara langsung di sistem atau sub-sistem final. Untuk stasiun Pengisian DC, beberapa papan dan firmware terkait juga tersedia.
Grafik STDES-VIENNARECT papan evaluasi (gbr.5-a) memiliki fitur 15 kW, Tiga fase Penyearah Wina dengan kontrol sinyal campuran untuk tahap koreksi faktor daya (PFC).
Frekuensi switching yang tinggi dari SCTW35N65G2V 650V SiC MOSFET (70 kHz), adopsi dari STPSC20H12 Dioda SiC 1200V, dan struktur bertingkat memungkinkan efisiensi hampir 99% serta optimalisasi komponen daya pasif dalam hal ukuran dan biaya. STEVAL-VIENNARECT memiliki fitur kontrol sinyal campuran, dengan pengontrol STNRG388A yang menyediakan pengaturan tegangan output digital. Sirkuit analog khusus menyediakan pengaturan arus mode konduksi kontinu (CCM) bandwidth tinggi untuk kualitas daya maksimum dalam hal distorsi harmonik total (THD<5%) dan faktor daya (PF>0.99).
Grafik STDES-PFCBIDIR papan evaluasi (gbr.5-b) memiliki konverter dua arah 15 kW, tiga fase, tiga tingkat Ujung Depan Aktif (AFE) untuk tahap koreksi faktor daya (PFC). Sisi kekuatan mengadopsi SCTW40N120G2VAG 1200V SiC MOSFET yang menjamin efisiensi tinggi (hampir 99%). Kontrol didasarkan pada STM32G4 mikrokontroler seri dengan konektor untuk komunikasi, dan titik uji dan indikator status untuk pengujian dan debugging. Sinyal mengemudi untuk perangkat switching dikelola oleh yang sesuai STGAP2S driver gerbang untuk memastikan manajemen frekuensi switching dan waktu mati yang independen.
Grafik STEVAL-DPSTPFC1 Sirkuit penguat tiang totem tanpa jembatan 3.6 kW (gbr.5-c) mencapai koreksi faktor daya digital (PFC) dengan pembatas arus masuk digital (ICL). Ini membantu Anda merancang topologi inovatif dengan perangkat kit daya ST terbaru: silikon karbida MOSFET (SCTW35N65G2V), thyristor SCR (TN3050H-12WY), driver FET yang terisolasi (STGAP2S) dan MCU 32-bit (STM32F334).