近年新能源汽车发展迅猛，与之相关的配套产业，如电池、充电桩等也迅速兴起。但目前从技术方面来看，对充电体验影响尤为关键的的充电时长、充电安全等问题亟需解决，这些都聚焦于大功率直流充电桩。

　　要打造更快速、更安全、更智能的充电桩，功率转换模块、高性能实时微和支持更高开关频率的功率器件是必要的，此外对特殊的安全和可靠性也提出更高要求。

　　说到高性能实时微，德州仪器（TI） C2000™ 微在市场上占据份额较高，在中国市场也是久负盛名，早已广泛用于电力电子控制领域，并在工业和汽车应用中提供高级数字信号处理。

　　C2000 微具有微和数字信号处理器双重优势，同时集成更高级的外设则可以满足复杂拓扑结构设计。在过去 20 多年间，C2000 微一直处于模数控制的前沿，经过不断发展，现在的第三代性能更为出色：拥有更强的运算能力、更丰富的外设资源。

　　针对快速充电桩高效率、高功率密度设计目标，需要使用到以 GaN 氮化镓为代表的第三代半导体器件，TI 在这个领域也已经积累了丰富的技术经验。

　　TI 对 GaN 的布局可追溯到 2010 年，而且通过不断尝试新架构，使 GaN 适应更广的电压范围，比如 800V、1000V（可参考），这也为将来在充电桩上看到GaN的身影带来了更大的可能性，如 TI 基于氮化镓的 11kW 三级三相 ANPC 参考设计。

　　为了保证高可靠性，目前 TI 已经针对 GaN FET 进行了 4000 多万小时的器件可靠性测试和超过 5 GWh 的功率转换应用测试。同时，为了进一步提高可靠性和集成度，TI 推出了 GaN 与驱动集成的器件。更为亮眼的是，TI 在 GaN 方面拥有自己的工艺和工厂，因此可以确保产品品质和供应的稳定性保障。

　　凭借在充电桩领域的领先技术与布局，德州仪器可以助力客户打造性能优异且高效高可靠性的大功率直流充电桩产品，加快客户产品投放市场的节奏，从而获得先发优势。

　　电动汽车充电设施是中国构建新型电力和交通基础设施的重要组成部分，TI 的模拟和嵌入式处理产品以及全方位的技术支持，正在助力客户设计先进的充电设备，实现对电动汽车进行更快、更安全且更智能地充电。未来将通过对制造工艺效率的升级和迭代，以新技术助推降本增效，以新产品为充电桩及其他高压产业赋能。

　　针对市场需求和用户痛点，TI 与合作伙伴特来电携手，在电动汽车的直流/交流充电桩，功率分配单元等领域进行密切合作，助力客户实现高效率，大功率的充电解决方案，提供更高功率密度和更高集成度。

　　在电动汽车充电领域，特来电构建了充电网-微电网-储能网-数据网“四网融合”的新能源和新交通双向交互的全新产业。TI 基于最新一代 C2000 微进行的方案级创新，和基于 GaN FET 以及专门针对 SiC FET 的智能驱动解决方案，为特来电的业务拓展提供强有力支持。

　　随着用户对充电速度和便利性需求的不断提高，TI 推出了一款基于氮化镓的 11kW 三级三相 ANPC 参考设计 TIDA-010210。这款参考设计内置氮化镓开关管，开关频率高达 100kHz，支持交流三相 400V 供电，支持 800V 直流系统应用，输出功率达 11kW。此外支持双向运行，可选择逆变器模式或 PFC 模式运行。

　　这款参考设计采用子卡式的模块化结构设计，便于比较 GaN 和 SiC 器件性能。底部主板包括滤波器，传感电子器件，偏置电源，开关继电器和冷却风扇，并由六个氮化镓子卡和三个硅 MOS 子卡和一块控制板组成。子卡的功率器件配有散热片，并配有散热风扇为功率器件散热。底部主板使用四层 PCB 分离信号和电源布线。

　　TI这款参考设计使用新型的开关逻辑，将 18 个开关的 PWM 需求减少为12 个，参考设计采用 TMS320F280049 C2000 实时微，内置 16 位，3.5MSPS 的智能 ADC+Sigma Delta 滤波器模块，内置高性能浮点 DSP 内核，支持 150ps 高分辨率 PWM 。片上可配置逻辑块（CLB）实现逐周期高压保护，无需外部 FPGA，并使用隔离式分流放大器进行输出电流检测。

　　参考设计中采用集成驱动和保护功能的 LMG3410R050 600V GaN FET，高开关频率可降低损耗，提高效率。多电平方式支持使用 600V 耐压的氮化镓器件，并支持更高开关频率。内置 UCC21541 双通道隔离式栅极驱动器用于驱动硅半桥，内置 AMC3302 隔离放大器用于进行分流式电流感测。

　　TI 这款基于氮化镓的 11kW 双向三相 ANPC 参考设计 TIDA-010210 可用于直流快速充电站，电动汽车充电站电源模块，功率变换系统，单相组串式逆变器和三相组串式逆变器。满足新能源汽车充电，光伏发电以及储能领域应用。

　　首先是整个参考设计的核心元件 TMS320F280049C ，这是一款 C2000 系列的实时微，芯片主频为 100MHz，内部集成 FPU 和 CLA，内置256KB 闪存和 100KB RAM。可用于工业电机驱动，电机控制，光伏逆变器，数字电源，电动车辆与运输，自动控制，感应和信号调理用途。用于逆变升压/整流以及全桥LLC电路控制。

　　这颗实时微进行输入输出电压和电流采集，通过内部的控制逻辑，将控制信号输出到驱动器，推动开关管实现电压转换。

　　所有使用数字芯片控制的电源方案，都离不开使用隔离驱动器进行控制单元与功率器件的隔离，在这款参考设计中使用了 ISO7741 高速数字隔离器，这款数字隔离器具备 100Mbps 的数据速率。支持 -55到125℃ 工作温度，稳健可靠的隔离等级和浪涌能力可满足多种使用条件。

　　参考设计中使用 ISO7741 进行氮化镓功率级的驱动，多个隔离通道不仅支持驱动信号传输，还支持过热，过电流故障信号的反向传输。通过多个隔离通道，将以上异常信号传输给 MCU，实现实时的保护控制。

　　氮化镓功率器件采用 LMG3422R030 ，这是一款内部集成驱动器，保护功能和温度报告功能的氮化镓器件，面向硬开关拓扑应用。器件支持 2.2MHz 开关频率，支持 30V/ns 到 150V/ns 的压摆率。器件内部集成驱动器，并结合 TI 的低电感封装，可提供干净的开关和超小的振铃。

　　LMG3422R030 内部集成电流检测，支持器件级的过流保护功能，支持逐周期过流保护和锁定的短路保护。

　　用于硅 MOS 驱动的驱动器为 UCC21541 ，也是一款隔离驱动器，内部具备两个独立的驱动通道，用于驱动MOS管，取代NPC拓扑中的二极管，使用 MOS 管作为有源开关提高效率和功率密度。

　　UCC21541 具备加强的绝缘能力，适用于隔离功率转换应用，适用于服务器，电信工业基础设施应用，可用于电机驱动和光伏逆变器，以及工业运输等场合。

　　介绍完驱动器和氮化镓器件，接下来介绍 TI 的隔离电源驱动芯片。在实际应用中，隔离电源驱动芯片通常与隔离驱动器共同使用，为隔离驱动器供电，从而实现控制电路与功率电路的隔离。

　　在这款参考设计中，采用 TI 推出的 SN6501 隔离电源变压器驱动器来为隔离驱动器供电。SN6501 支持 5V 或者 3.3V 单电源供电，采用 SOT23 封装，应用简单，使用灵活。

　　SN6501 内部集成振荡器，栅极驱动电路和双 NMOS 管，外围元件仅需一颗电容。可通过变压器绕组和二极管进行不同电压和不同极性的隔离电源供电，满足小尺寸小功率隔离电源应用。

　　通常控制电源都采用开关降压搭配线性稳压的方式，实现高效降压，并输出不同器件所需要的 3.3 和 5V 供电。其中同步降压芯片采用 TPS563200，支持 17V 输入电压，最大输出电流为 3A，外围元件精。