高性能隔离电流光耦助力充电桩“加速起飞”

充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑（公共楼宇、商场、公共停车场等）和居民小区停车场或充电站内，根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。

图1：充电桩结构框图

由上框图，我们可以看出充电桩功率部分的结构主体为交流经AC转DC，后经高频变压器，整流滤波后给电池充电。其中，AC转DC部分，分为AC转DC和DC转DC部分。AC转DC部分，市场上较多采用交错PFC和VIENNA三电平整流设计，采用这两种方式主要目的在于获得高效率。DC转DC部分，采用高频变压器隔离，主拓扑多采用全桥拓扑或是全桥LLC。

图2：充电桩原理框图

例如上图2，为采用交错PFC和全桥拓扑的充电桩方案原理框图，交流电经过整流后变为直流电，经过PFC升压，再经过DC TO DC 隔离转换得到输出电压，提供给汽车充电。主控MCU通过对强电侧电压电流信息的采样监控，控制功率器件的开通与关断，保障系统安全可靠运行。

在充电桩设计中，经常困扰工程师的一大难题就是，怎么能实现高精度且成本较低的电流采样方案。以前实现电流采样的方案多采用霍尔电流传感器。在实际设计中，工程师们发现，霍尔电传感器经常被干扰，导致采样电流误差较大。较大误差的电流采样信号，导致工程师们无法设计精度高的最大功率保护点、短路电流保护点，以及无法实现在此功能上的扩展功能。

Avago具有强大的光耦隔离采样方案。在HP时期，其已推出电流采样光耦HCPL-7840。HCPL-7840 芯片集成隔离放大器 , 它有优越的性能，像CMRR、失调电压、非线性度、工作温度范围和工作电压等都有严格的指标。低失调电压和低失调温度系数允许自动校准技术的精确运用。5 %的增益容忍度和0. 1 %的线性度 ，为精确的负反馈和控制进一步提供性能需求。较宽的温度范围允许HCPL-7840被运用于各种恶劣的工作环境。

Avago在光电隔离技术上精益求精，在HCPL-7840的基础上，推出采样精度更高的ACPL-C79B/C79A/C790，建议在通用型应用中采用（±1％ 增益误差）的 ACPL-C79A 和（±3％ 增益误差）的 ACPL-C790。对于高端精密型应用，需采用（±0.5％ 增益误差 ）的 ACPL-C79B。该产品采用 5V 单电源供电，具备优异的线性度和 60 分贝的信噪比动态性能。由于具有 200kHz 带宽和 1.6µs 的快速响应时间，该产品可以捕获短路和过载情况下的瞬变。

光耦隔离电流采样光耦ACPL-C79B/C79A/C790，非常适合应用在充电桩的电流隔离采样电路中。例如，可以直接应用在current sence中，将采样到的信号精确传输给MCU，MCU才能精确控制整个系统。 

  图：ACPL-C79X的典型应用路

ACPL-C790特点：

•    0.5% 高增益精度（仅 ACPL-C79B）

•    –50 ppm/°C 低增益漂移

•    0.6mV 输入失调电压

•    0.05% 出色的线性度

•    200kHz 宽频带宽

•    输出 3V 至 5.5V 的宽范围电压

•    –40°C 到 +105°C 工作温度范围

•    15 kV/µs 共模瞬变抑制能力