EV和HEV充電器中的三相PFC

　　解決與氣候變化和控制二氧化碳排放相關的問題的需要正在范圍內促進電動（EV）和混合動力（HEV）汽車的使用。這些類型的車輛能夠減少甚至消除污染排放，其特點是配備一個或多個電動機和高壓 （HV） 電池。如果汽車電池的額定電壓大于 60V，則可以視為高壓電池。高壓電池對于存儲移動車輛以及為輔助和附件電路供電所需的能量至關重要?？梢酝ㄟ^車載充電器或外部直流轉換器（快速充電）進行充電。除了電池之外，還需要 DC-DC 轉換器和逆變器為動力總成和其他車輛子系統(tǒng)供電，例如加熱、通風、和空調（HVAC）。在圖 1 中，我們可以觀察典型 EV 和 HEV 動力系統(tǒng)的框圖。

　　圖 1：典型 EV/HEV 動力系統(tǒng)框圖

　　級是功率因數(shù)校正電路 （PFC），在本例中連接到三相高壓電源。該前端通常通過使用 Vienna 整流器來實現(xiàn)，這是一種基于 PWM 的方法，在需要高效率、低開關損耗和高 EMI/RFI 抗擾度的所有應用中具有多種優(yōu)勢。PFC 后面是一個諧振 LLC DC-DC 初級轉換器，耦合到次級 DC-DC 轉換器（或整流級），終可以為 HV 電池充電。

　　電動汽車/混合動力汽車充電

　　逐步放棄化石燃料并轉向電動和混合動力汽車，不可避免地會對充電站產生更大的需求?？焖俸统焖俪潆娬灸軌蛱峁└哌_ 250 kW 的直流電，可在車外將交流電轉換為直流電，考慮到所涉及的高功率，以及車輛所涉及的重量和成本，這是一個強制性的解決方案。所需的組件。圖 1 中的相同框圖適用于快速和超快速充電站。特別是，在圖 2 中，我們可以觀察通過稱為維也納整流器的經(jīng)典方案實現(xiàn)的 PFC 級。

　　圖 2：Vienna 整流器，三相 PFC 級的經(jīng)典示例

　　為了實現(xiàn)高效率，保持較低的開關損耗，通常采用高功率 MOSFET、IGBT、功率集成模塊 （PIM） 和 SiC 器件，為實現(xiàn)三相 PFC 級提供完整的解決方案。事實證明，Vienna 整流器特別適合實現(xiàn) PFC 前端，其中功率單向流動（從交流到直流）、開關兩端的功率密度高且電壓應力低。Vienna 交流轉直流整流器提供非常接近單位值的功率因數(shù) （PF）、正弦電流和較低的總諧波失真 （THD）。

　　由于相對于傳統(tǒng)硅基器件具有卓越的電氣特性，SiC 功率分立器件為實現(xiàn)高效率 PFC 前端提供了解決方案。安森美半導體提供多種 SiC MOSFET 驅動器選擇，適用于 PFC、高性能逆變器和大功率電機驅動器等應用。NCP71705 _專為驅動 SiC MOSFET 晶體管而設計，可提供允許柵極電壓，以實現(xiàn)盡可能的傳導損耗。通過在開啟和關閉期間提供高峰值電流，開關損耗也得以化。為了提高可靠性、dV/dt 抗擾度以及更快的關斷速度，NCP51705 可以利用其板載電荷泵來生成用戶可選的負電壓軌。對于隔離應用，NCP51705 還提供外部可訪問的 5 V 電源軌，為數(shù)字或高速光隔離器的次級側供電。高功率交流到直流轉換器的升壓級受益于高效肖特基二極管的使用，例如英飛凌的CoolSiC肖特基二極管 650 V G6CoolSiC？ G6 的第六代碳化硅 （SiC） 肖特基二極管，阻斷電壓為 650 V。CoolSiCG6 旨在提高效率并實現(xiàn)緊湊的電源設計。CoolSiC？ 肖特基二極管 650 V G6 是一款的 SiC 二極管，可提供的正向電壓并獲得的效率。正向電壓降低的好處在較低的傳導損耗中顯而易見。CoolSiC？ 肖特基二極管 650 V G6 的正向電壓較低，可降低傳導損耗，從而有助于實現(xiàn)更高的效率和更低的器件結溫。ROHM Semiconductor提供多種適用于高功率汽車級應用的碳化硅器件。SCS220AGHR _例如，肖特基勢壘二極管可提供 650V 的反向（擊穿）電壓，遠遠超過硅 SBD 的上限。該SiC SBD符合AEC-Q101汽車標準，具有高速開關和超短反向恢復時間。這限度地減少了反向恢復電荷和開關損耗，有助于終產品的小型化。AEC-Q101 提供 20A 的連續(xù)正向電流、4 至 140 uA 的反向電流以及 130W 的總功耗。該器件采用 TO-220AC 封裝，適用于車載充電器、無線充電器、電動汽車充電器和轉換器等應用。