电动汽车充电器辅助电源的注意事项
【导读】随着电动汽车的普及，电动汽车充电器开始无处不在，以至于现在立法规定新的住宅和工业建筑都要设有充电点。虽然主电源转换技术是一个创新不断的领域，但也需要低功率辅助 AC/DC 和 DC/DC 转换器。本文将讨论这些低功率辅助转换器需要满足的规格。
各种形式的电动汽车 (EV) 已越来越普及。根据「EV-Volumes」的数据显示（图 1），2021 年全球销量高达 675 万辆，比 2020 年的销量增长了 108%。
图 1：全球电动汽车销量增长，数据来源 www.EV-volumes.com
这种增长背后的「驱动因素」是显而易见的：环保意识的提升、燃料价格的上涨以及政府设定的二氧化碳减排目标。在英国，某些法律将在 2022 年生效，这将要求每个设有停车位的新建住宅都要有一个充电点。与此同时，几个欧洲国家提议的禁止销售新的纯汽油和纯柴油车辆的法令已从 2040 年提前至 2035 年。公共充电站也正在迅速推出，功能也越来越多。例如从 2023 年 6 月起，为了方便使用，在德国新的充电站都必须配备借记卡或信用卡读卡器。
因此充电器的复杂程度可以从简单的车载慢充（家用单相交流供电）到800V或更高压的超高速直流快充（由工业的三相交流供电），具有多个处理器和接口来控制电力输送和安全功能，以及通过「云端」提供安全报告和计费服务。
电动汽车充电器需要辅助电源
每个DC充电器都需要辅助电源。虽然几 kW 功率的主转换器能够产生低功率辅助电源，这可能来自于 PFC 电感器的绕组，但出于各种原因这样做通常不是明智的选择。例如空载的时候，DC充电器的主电源转换器的工作效率较低会造成大量损耗。因此，如果待机需要辅助电源，最好从低功率 AC/DC 转换器获取并同时关闭主转换器以降低损耗。低功率 AC/DC 转换器在作为辅助电源应用时可呈现出较高的转换效率。此外，拥有独立辅助电源使主转换器的启动和关闭更加安全可靠。使用独立的低功率 AC/DC 转换器还可以为系统的其他功能电路提供隔离供电，这有助于避免接地回路、EMC 问题以及接口的安全问题。当然， 隔离或非隔离 DC/DC 转换器 可以串接在辅助 AC/DC 转换器后端，通过调整来产生各功能电路所需的工作电压并满足噪声水平的要求。
充电器所在的恶劣环境
EV DC 充电器的辅助 AC/DC 和 DC/DC 转换器必须克服特定的环境挑战，而且一般都会期望它们有较长的使用寿命和一定的可靠性。器件要求至少是「工业级」的，也需要满足特定的标准，例如 EN 61851-23《电动汽车传导充电系统：直流电动汽车充电站》。
该标准涵盖了许多领域并引用了其他文件，但有特别指出 EV充电器 充电器的电源必须符合过电压类别 (OVC) III 或 IV。目前市场上的大多数的 工业级 AC/DC 转换器 转换器都不符合，因为在早期的设计中通常是参考 II 类标准进行设计的。OVC 是指例如由雷击产生的瞬态过电压；根据IEC 60664-1的相关脉冲电压在图2中进行了汇总说明。
图 2：不同标准的过电压类别 (OVC)
从建筑物的输入到配电系统的末端设备,浪涌保护装置 (SPD) 如图 2 所示（Class B、C 和 D ），它们可以消耗/吸收浪涌的脉冲能量。未标注的Class A SPD是低压配电系统的一部分，Class B 的特征是10/350μs 电流波形，通常使用气体放电管。Class C SPD 的特征是 8/20μs 电流波形，而Class D的特征是 1.2/50μs 电压波形和 8/20μs 电流波形的组合。Class C 和 D通常是使用金属氧化物压敏电阻 (MOV)，在Class D前面总会有一个Class C。MOV 的使用寿命有限，钳位电压会随着每次浪涌冲击降低直到接近正常的工作电压，而且漏电流会持续增加直到过热出现故障。由于这个原因， SPD所用的 MOV 通常采用 DIN 导轨格式，这样可以直观看到它的健康状态。
安装 EV 充电器时 (尤其是公共充电器)，如果环境属于 OVC IV，我们可以预期无论如何都会有 SPD 来将等级降到 OVC III 并为主电源转换器提供交流供电，但这不能保证只有OVC II的 AC/DC 电源能安全可靠地工作，因此任何辅助AC/DC 电源 通常需要有承受 OVC III 的瞬变电压的能力，基于此目前大多数的商业类电源并不适用。任何设备的过电压等级所需的安全间隙与海拔高度之间也存在关系。在海拔2000m以下时不需要考虑修正系数，但在海拔更高的地方必须逐渐增加电气间隙，例如 5000m 需要 x1.48倍增系数。有时候这个重要的考虑因素会被忽略，但世界上有 8 个国家的首都海拔超过 2000 m，而且将来一定会有EV充电站。
电动汽车辅助电源的安全标准
目前版本的EN 61851- 23:14仍然引用EN 60950-1作为安全标准，尽管该标准在2020年底已经过时，并被EN 62368-1取代，而EN 62368-1在电动汽车应用中通常是可以接受的。但是，用户需要验证所需的确切规格。例如，EN 61851-1要求安全隔离变压器应符合IEC 61558-1。EN 62368-1将该标准作为一个附加选项，尽管它有局限性。因此，已经拥有IEC 61558-1认证的AC/ DC是更安全的选择。符合IEC/EN 60335-1认证的电源也适用于最大输出120VDC的充电器，例如可用于插电式混合动力车或带有48V或72V电池的电动滑板车。
EV DC充电器的AC电源供电电压将以应用的地点位置来决定，它可能是家用单相的 115/230VAC、工业/商业的三相 400VAC 或 480VAC。三相供电时的低功率辅助 AC/DC 转换器通常是连接相线与中性线，需要在 480VAC 系统以 277VAC 标称电压工作，而有一些低功率 AC/DC 可以直接在480VAC delta 系统以最大相间电压运行，最高可达528VAC。
电动汽车充电器的物理环境
EN 61851-23 规定EV DC充电器的环境要求最小污染等级，即室外使用为 PD3 ，室内使用为 PD2 ，但如果是在工业区的话也必须为 PD3 。PD3污染的定义如下：「有导电性污染，或由于凝露使干燥的非导电性污染变成导电性的。」事实上，这就代表电子设备必须有涂层或封装，或大幅增加爬电距离以避免在环境潮湿、肮脏或多尘的情况下发生故障和电压击穿，而这些正是车库或开放式停车位最常见的环境。
EV 充电器设备的热额定值也必须与潜在的恶劣环境相匹配，例如零度以下的温度和高达60度以上的户外阳光下。通常应用环境温度为-40°C至+85°C的“工业级”AC/DC电源已经是足够的。
提供现成的模块
虽然低功率 EV DC 充电器的要求很复杂，但 RECOM 提供了一系列的现成产品适合多种应用。有针对高污染环境的3W 至 40W 微型封装模块的 RAC 系列AC/DC模块。除了 85–264VAC 的「标准」输入范围以外，一些型号标称 277VAC 的额定输入为 305VAC，而 RAC05-K/480 的额定输入电压高达 528VAC（图 3）。所有AC/DC模块的工作环境温度从 -40°C 到至少 +80°C，符合 OVC III 等级或为可选。所有AC/DC模块提供完整的安全认证，IEC/EN 62368-1 是最低要求，有一些模块通过家用认证IEC/EN 61558 或 EN 60335-1，而有些甚至通过医疗认证 IEC/EN 60601-1。
图 3：RECOM RAC05-K/480 额定输入为 528VAC，符合 OVC III 等级
RECOM 还可以提供种类齐全的 DC/DC 转换器，适用于主逆变器的栅极驱动电源、隔离式通信接口、隔离式辅助电源供电和非隔离式转换器。这些转换器皆具备坚固性和高质量以在严苛的环境中工作。
结论
EV DC充电是一个具有特殊技术要求的新兴市场。成本和尺寸也是其中的驱动因素，但 RECOM 的产品不仅可以匹配模块化AC/DC 辅助电源，还能与通用 DC/DC 转换器配合使用。
文献
[1] https://www.ev-volumes.com/
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