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作者：安森美半導體 電動(dòng)、混動(dòng)汽車(chē)可通過(guò)直流充電樁或普通的交流電源插座對其高壓電池子系統進(jìn)行充電，車(chē)載充電器(OBC)是交流充電的核心系統。安森美半導體作為汽車(chē)功能電子化的領(lǐng)袖之一，為電動(dòng)汽車(chē)OBC和直流充電樁提供碳化硅(SiC) MOSFET、超級結MOSFET、IGBT和汽車(chē)功率模塊(APM)等廣泛的產(chǎn)品陣容乃至完整的系統方案，以專(zhuān)知和經(jīng)驗支持設計人員優(yōu)化性能，加快開(kāi)發(fā)周期。本文將主要介紹針對主流功率等級的高能效OBC方案。 典型的OBC系統架構和功率等級 1個(gè)典型的OBC由多個(gè)級聯(lián)級組成，包括功率因數校正(PFC)、DC-DC轉換器、次級整流、輔助電源、控制及驅動(dòng)電路。 
圖1：典型的OBC系統架構 OBC具有多種功率等級，功率等級越高，充電時(shí)間就越短。車(chē)廠(chǎng)必須根據整車(chē)要求定義適當的OBC功率等級。這些OBC需要大功率的交流電源，根據OBC的設計，由單相或三相電源供電。最流行的OBC功率等級是3.3kW、6.6kW、11kW和22kW；每一個(gè)對應于不同的常見(jiàn)交流功率等級，如表1所示。安森美半導體可提供單相3.3 kW、6.6 kW和三相11 kW OBC方案。
三相11 kW 車(chē)載充電器平臺SEC-3PH-11-OBC-EVB SEC-3PH-11-OBC-EVB是安森美半導體新推出的三相11 kW PFC-LLC OBC平臺，采用符合AEC-Q101的 SiC功率器件和驅動(dòng)器，包括1200 V、80mΩ NVHL080N120SC1高性能SiC MOSFET、6 A SiC MOSFET門(mén)極驅動(dòng)器NCV51705和650 V、30 A SiC二極管 FFSB3065B-F085，系統能效超過(guò)95%。該套件采用模塊化方法，配備用戶(hù)友好的圖形用戶(hù)接口(GUI)，從而簡(jiǎn)化和加快評估。LLC系統由嵌入式軟件以電壓或電流控制模式驅動(dòng)。該平臺展示SiC器件用于OBC可提供的高能效、高功率密度、小占位優(yōu)勢，也可作為開(kāi)發(fā)3相PFC-LLC拓撲系統的學(xué)習環(huán)境。該套件的關(guān)鍵參數為：輸入電壓195至265 Vac，直流總線(xiàn)電壓最大值735 Vdc，輸出電壓200至450 Vdc，輸出電流0至40 A，最高頻率fs 400 kHz。
圖2：安森美半導體的三相11 kW OBC 套件 6.6 kW OBC參考設計 該6.6 kW OBC參考設計采用三通道交錯式PFC-LLC以獲得高能效和高功率密度，并減少電流紋波，總線(xiàn)電壓可根據輸出電壓調節以?xún)?yōu)化能效。輸入電壓90至264 Vac，輸出電流0至16 A，典型能效94%。關(guān)鍵器件包括超級結MOSFET NVHL040N65S3F、NTPF082N65S3F，650 V、30 A SiC二極管FFSP3065A、PFC控制器FAN9673、LLC控制器FAN7688等。 高能效的IGBT應對電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電的重要趨勢：雙向充電 在電動(dòng)汽車(chē)電池和建筑物或電網(wǎng)之間進(jìn)行雙向充電(V2X)將成為電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電的重要趨勢。雙向充電應考慮充放電能效，以確保轉換時(shí)不浪費能量，需要圖騰柱無(wú)橋PFC，此時(shí)，反向恢復性能至關(guān)重要。集成外部SiC二極管的IGBT比MOSFET方案提供更高能效，因為沒(méi)有相關(guān)的正向或反向恢復損耗。如圖3是雙向充電的電路圖，對于K3和K4，需要快速開(kāi)關(guān)、低飽和壓降Vcesat、低正向電壓Vf的器件。安森美半導體提供寬廣的符合AEC車(chē)規的IGBT系列，包括650 V/750 V/ 950 V 第4代溝槽場(chǎng)截止IGBT和1200 V超高速溝槽場(chǎng)截止IGBT，具備更低的損耗和更高的功率密度，以及集成SiC二極管的混合IGBT方案AFGHL50T65SQDC。
圖3：雙向充電電路圖 SiC方案降低損耗 SiC比硅方案降低開(kāi)關(guān)損耗和導通損耗，提供新的性能水平。安森美半導體投入寬禁帶的開(kāi)發(fā)近10年，是少數同時(shí)具備硅、SiC和氮化鎵(GaN)技術(shù)的供應商，針對車(chē)載充電應用，提供汽車(chē)級650 V SiC二極管(涵蓋6 A到50 A)、1200 V SiC二極管(涵蓋10 A 到40 A)、1200 V SiC MOSFET (涵蓋20 到80mΩ)。這些SiC二極管最高結溫175℃，具有高浪涌電流能力，正溫系數，易于并聯(lián)，無(wú)反向恢復損耗，符合AEC-Q101和生產(chǎn)件批準程序(PPAP)。這些SiC MOSFET最高結溫175℃，提供高速開(kāi)關(guān)和低電容，100%經(jīng)無(wú)鉗位感性負載(UIL)測試，符合AEC-Q101和生產(chǎn)件批準程序(PPAP)。 超級結MOSFET：比平面硅方案性能更好，比SiC方案更具成本優(yōu)勢 安森美半導體具備10年汽車(chē)超級結MOSFET經(jīng)驗，最新的第三代超級結MOSFET提供領(lǐng)先行業(yè)的能效和性能，現有的超級結MOSFET分立器件可提供KGD裸芯，并于2018年推出APM模塊。 超級結MOSFET有快速版本(FAST Version)、易驅動(dòng)版本(Easy Drive Version)和快恢復版本(FRFET Version)�？焖侔姹局饕槍I(yè)級應用。易驅動(dòng)版本由于內置門(mén)極電阻Rg和優(yōu)化電容，降低電壓尖峰和電磁干擾(EMI)�？旎謴桶姹揪哂型�(lèi)最佳的體二極管。 APM模塊 APM模塊可用于OBC的PFC、LLC轉換、整流等各個(gè)功率級，減少器件數，縮減尺寸和重量，提高功率密度，并降低總系統成本。如安森美半導體2018年推出的APM16，高度集成的緊湊設計，具備集成所有硅和SiC技術(shù)、全橋或半橋拓撲的靈活性，熱阻抗低，符合AQG324、IEC60664-1、IEC60950-1等標準。 門(mén)極驅動(dòng) 安森美半導體提供大驅動(dòng)電流的驅動(dòng)器提升系統能效，隔離技術(shù)安全、可靠、經(jīng)認證，不產(chǎn)生EMI也不受系統產(chǎn)生的EMI影響，強固的共模瞬態(tài)抑制可抵抗高壓和大功率開(kāi)關(guān)應用中出現的系統電壓瞬變。如16引腳隔離門(mén)極驅動(dòng)器NCV57000 大電流單通道IGBT驅動(dòng)器，內置伽伐尼安全隔離設計，在要求高可靠性的電源應用中提供高能效工作，具有米勒平臺電壓下的大電流，伽伐尼隔離額定值大于5 kVrms，滿(mǎn)足UL 1577的要求，工作電壓高于1200 V，其它特性包括軟關(guān)斷以抑制尖峰電壓、可編程延遲去飽和（DESAT）保護，傳輸延遲典型值66 ns、短路時(shí)IGBT門(mén)極鉗位等。 總結 車(chē)載充電市場(chǎng)隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)電動(dòng)動(dòng)力總成需求的增長(cháng)而增長(cháng)。安森美半導體除了提供廣泛的超級結MOSFET、IGBT、門(mén)極驅動(dòng)，還針對V2X等趨勢和功率等級及占位面積等挑戰推出集成SiC的混合IGBT、SiC MOSFET、APM模塊，應用于車(chē)載充電的PFC、DC-DC、整流、輔助電源、驅動(dòng)等各個(gè)功率級，提高能效、性能、功率密度，減小損耗和占位空間，同時(shí)積極擴展現有產(chǎn)品陣容，推出用于3.3kW、6.6kW、11kW等主流功率等級的OBC開(kāi)發(fā)套件，幫助加快設計和評估，其最新推出的三相11 kW 車(chē)載充電器平臺SEC-3PH-11-OBC-EVB采用SiC技術(shù)，能效水平超過(guò)95%，功率密度高，可執行的數字控制和可用的GUI確保無(wú)憂(yōu)的啟動(dòng)和用戶(hù)友好的體驗，還可作為開(kāi)發(fā)3相PFC-LLC拓撲系統的學(xué)習環(huán)境。 |
