EVSE 测量和测试

电动车电子设备测试的重要性

电动汽车供电设备 (EVSE)，通常被称为充电站，是摆脱内燃机的重要部件。充电站的可用性（即正常运行时间和可靠性）以及充电速度，是决定电动汽车采用率的主要因素。

EVSE 还必须符合 IEC 61851 和 SAE J1772 等关键标准。

在设备、模块和系统层面，工程师正努力提高充电电压来缩短充电时间，同时改善可靠性并保持安全性。智能、灵活的测试解决方案使设计人员能够快速排除故障并验证其设计。

解决方案包括一个带有复杂功率分析软件的高性能示波器，一个用于测量 EVSE 性能的高精度数字万用表，以及一个双向电源，作为模拟高电压、高容量放电电池的负载。

EVSE 测试设备和技术

EVSE 系统 - 功能模块

先进的直流快速充电器可将电网中的三相交流电转换为高压直流电。系统包括以下组件：

• 功率因数校正器和交流/直流转换器
• 直流/直流转换器
• 控制系统和电源管理系统
• 用户软件界面
• LAN/蜂窝通信
• 高压充电和通信车载端口

每个模块都需要进行测试。 探索以下解决方案，了解更多信息。

直流快速充电站框图

功率因数校正 (PFC) 和交直流转换测试

用于连接公用设施的充电器必须限制其对当地电网的影响，否则运营商将被收取更高的能源费率或罚款。大多数公用设施公司会对低于 90% 至 95% 的功率因数收费，许多公用设施都还要求符合谐波标准。

直流快速充电设备的输入级不仅负责将三相交流电转换为直流电，还必须确保高功率因数和低谐波失真，同时保持高效率和高可靠性。

配备先进功率分析软件的示波器系统有助于进行精确、可重复的测量，包括：

• 线路侧电能质量
• 功率因数
• 谐波
• 过压/欠压保护
• 开关特性
• 时序（例如死区时间）
• 动态开关损耗
• 双脉冲测试
• 输出纹波
• 效率

充电器前端的功率因数校正利用开关调整电压和电流，以获得单位功率因数。它还能平滑电流消耗，减少公用设施的谐波荷载。

直流/直流转换器和栅极驱动器分析

高功率直流/直流转换器在 PFC 模块和车载充电端口的电压调节器之间提供隔离。高频变压器通常用于隔离和储能。新设计可能会采用快速 SiC MOSFET 来提高效率和功率密度。

由于碳化硅 MOSFET 的开关速度快、电压水平高，所以高带宽和共模电压对测量造成了一定的挑战。EVSE 测试设备解决方案，包括带光隔离探头和分析软件的示波器在内，即使在高转换速度、高共模电压信号下，带光隔离探头和分析软件的示波器也能进行精确测量。包括：

• 峰值浪涌电流

• 过压/欠压保护

• 开关分析

• Miller 持续时间和电容

• 栅电阻和电荷参数

• 死区时间

• 开关损耗

• 电路内变压器和电感器测量

• 控制回路性能（例如 PSRR 和增益/相位裕度）

• 纹波和噪声

• EMI/EMC 分析

详细的开关损耗测量可量化功率转换电路内 FET 和 IGBT 中的损耗。​​

控制系统和电源管理分析

嵌入式控制器是充电过程的中枢控制系统。在充电过程中，它们处理与车辆的通信，调节功率流并监控安全状况。它们还与用户界面和数字网络进行通信。

这些子系统通常包括处理器或 FPGA、时钟、电源轨、存储系统和通信 IC，它们通常以低振幅 GHz 信号运行。由于这些系统在恶劣的物理和电气环境中运行，因此需要较高的抗噪能力和电源完整性。

用来验证和调试这些系统的主要测量包括：

• 电源轨纹波和噪音分析
• 阻抗测量
• 电源时序控制
• 交流-直流转换器
• 开关和时序分析
• 低侧和高侧开关之间的死区时间分析
• 变压器和电感器的磁性分析
• 控制回路分析
• 通信信号完整性
• EMI/EMC 分析

纹波测量可量化电源轨上的噪音。

车辆接口测量和调试

充电站和车辆电池管理系统之间的可靠通信对于管理充电过程和保持安全至关重要。

符合 IEC61851 标准的充电器包含一个控制导引 (CP) 信号。在 CP 信号的工作周期中，来自 EVSE 的最大可用电流传输到 EV。该信号可使用示波器进行验证。电力线通信 (PLC) 也可以叠加在这条线路上，以便在充电过程中进行通信。一些接口依靠通过 CAN 传输的串行数据在 EVSE 和 EV 之间进行通信。

在这两种情况下，示波器对于检查整个系统的信号质量，查找衰减、噪音和错误端接都至关重要。大多数泰克示波器都可配备 CAN 总线解码和触发功能，以显示与其他系统级活动同步的事务。

除了进行数据通信外，充电接口还必须将电流和电压保持在规定的限值范围内。例如，充电器必须将线路电压瞬变、浪涌和暂降对车辆直流输出的影响限制在规定的水平和持续时间内。

验证和调试 EVSE 的关键测量值包括：

• 通信信号完整性/噪音
• DP 信号占空比
• 系统时序
• 直流输出噪音
• 输出调节

EV 接口使用两个或更多的大针脚来连接电源和保护接地。较小的针脚用于通信，可能包括控制导引 (CP)、近接导引 (PP) 或控制器局域网 (CAN)。​

用户界面和网络通信分析

用户界面设备通常通过 RS-232、SPI 或 USB 等标准串行总线与控制系统连接。网络通信可为充电站运营商和用户提供关键信息。示波器和有源探头非常适合对用户界面连接、LAN 及无线通信的信号和时序进行评估。泰克示波器支持超过 25 种串行总线的解码，包括 RS-232、无线 NFC 等等。

主要测量包括：

• 信号完整性/噪音
• 系统时序
• CAN 总线解码
• LAN
• NFC 解码
• 基带射频
• EMI/EMC 分析

CAN 总线解码可用于显示充电站与电动汽车之间的通信。​​

模拟电动汽车电池

测试 EVSE 需要一个可以充当放电电池的负载。双向电源可以在各种电压值下灌电流，也可以拉电流以模拟电池。双向电源必须具有较广的电流范围，以模拟流向放电电池的高充电电流和接近完全充电状态的较低电流。此外，电源的额定电压必须超过 800 V，以便为电压不断增加的电动汽车电池组充电。由于电动汽车充电器支持更快速地充电，因此用于对其进行测试的电子负载必须能够应对更高的功率。

高精度和高稳定性可使电压和电流值趋于稳定且可重复，从而确保所有 EVSE 都处于相同的负载条件下。通过快速增减负载，可对充电器的负载调节功能进行严格测试。

如果 EVSE 提供的功率较高，电源需要过压、过流和过热监控，以确保为被测 EVSE 和电源本身提供保护。EVSE 测试通常在计算机控制下进行，因此需要一个强大的编程接口，例如 USB、以太网、CAN、RS-232 和 EtherCAT 接口。

双向电源必须模拟的电动汽车电池充电周期。

EVSE 测试参考解决方案

为指导您构建一个有效的测试环境，包括根据您的需要定制的 EA 电池模拟器，我们准备了以下表格。在这个表格中，您会找到关键仪器、探头及选件，包括其数量及说明，所有列出的设备均可根据您的个性化需求进行灵活调整。