碳化硅器件在車載充電機(jī)上的作用

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校對(duì)：Tao

很多乘用電動(dòng)車主已經(jīng)習(xí)慣了這種操作：下班回到家，把車接上家用慢充充電樁。但很多電動(dòng)車主不知道的是：為電動(dòng)汽車充電的，其實(shí)不是充電樁，而是車上的車載充電機(jī)。家用的充電樁，只是提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)充電接口。電動(dòng)汽車充電機(jī)，按照所在位置，劃分為車載充電機(jī)和非車載充電機(jī)兩類。車載充電機(jī)，以交流電源作為輸入，輸出為直流，直接給動(dòng)力電池包充電，與地面的交流充電樁適配。交流充電樁，交流輸入、交流輸出，不能直接給動(dòng)力電池充電，需要連接車載充電機(jī)，進(jìn)行電力變換，才能實(shí)現(xiàn)充電。交流充電樁內(nèi)部比較簡(jiǎn)單，基本功能就是將電網(wǎng)交流電引出到方便電動(dòng)汽車充電的位置，并提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的充電接口，并可完成計(jì)費(fèi)等額外功能，可以簡(jiǎn)單理解為“一個(gè)帶電表的插座”。

圖1.交流充電樁

圖2.車載充電機(jī)輸出電壓（《車載充電機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)》 王佳）

圖3.交流充電樁輸出電流（《車載充電機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)》 王佳）

車載充電機(jī)的輸入端，以標(biāo)準(zhǔn)充電接口的形式固定在車體上，用于連接外部電源。車載充電機(jī)的輸出端，直接連接動(dòng)力電池包慢充電接口。中華人民共和國(guó)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《QCT 895-2011 電動(dòng)汽車用傳導(dǎo)式車載充電機(jī)》中規(guī)范了車載充電機(jī)的組成結(jié)構(gòu)，主要分為：輸入端口，控制單元，功率單元，低壓輔助單元和輸出端口。標(biāo)準(zhǔn)的輸入接口采用工頻單相輸入220V電壓，但如果功率需要，也可以啟用兩個(gè)備用pin口，可以實(shí)現(xiàn)380V輸入。功率單元，一般包括輸入整流，逆變電路和輸出整流3個(gè)部分，將輸入的工頻交流電轉(zhuǎn)化成適合動(dòng)力電池系統(tǒng)能夠接受的適當(dāng)電壓的直流電。通常對(duì)于整車廠來(lái)說(shuō)，車載充電機(jī)的要求是成本低、尺寸小、重量輕、壽命長(zhǎng)，同時(shí)可靠性和安全性都較高，目前主流的乘用車領(lǐng)域功率一般是3.3kw、6.6kw和11kW等，客車領(lǐng)域一般是40kW和80kW等，按冷卻方式可分為水冷型和風(fēng)冷型。

圖4.車載充電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖（《QCT 895-2011 電動(dòng)汽車用傳導(dǎo)式車載充電機(jī)》）

圖5.水冷型車載充電機(jī)

圖6.風(fēng)冷型車載充電機(jī)

隨著技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的升級(jí)，獨(dú)立車載充電機(jī)的發(fā)展越來(lái)越受到集成化功率單元的挑戰(zhàn)，在如特斯拉等新能源汽車制造商的新款產(chǎn)品中，OBC被同DCDC或BMS等整合在一起，形成“黑箱式”結(jié)構(gòu)，這對(duì)產(chǎn)品功率密度、熱管理性能等提出了更高的要求。

圖7：TeslaModel3的高壓箱集成布置方案

圖8.比亞迪高壓三合一方案

泰科天潤(rùn)

車用碳化硅功率器件

為了滿足車載充電機(jī)市場(chǎng)不斷升級(jí)的實(shí)際需求，泰科天潤(rùn)特開(kāi)發(fā)多款不同規(guī)格和封裝形式的碳化硅功率器件。

而作為車載產(chǎn)品，且承擔(dān)的是充電這一功率變換部分，整車廠對(duì)于產(chǎn)品中元器件使用的要求，也相應(yīng)提高。為了更好的滿足這樣的要求提升，車規(guī)級(jí)器件則成了首選。泰科天潤(rùn)作為中國(guó)碳化硅（SiC）功率器件產(chǎn)業(yè)化的倡導(dǎo)者之一，國(guó)內(nèi)首家第三代半導(dǎo)體材料碳化硅器件制造與應(yīng)用解決方案提供商，在國(guó)內(nèi)碳化硅功率器件制造商中率先完成了質(zhì)量管理體系---汽車行業(yè)生產(chǎn)件與相關(guān)服務(wù)件的組織實(shí)施ISO9007的要求IATF16949和汽車級(jí)半導(dǎo)體分立器件應(yīng)力測(cè)試AEC-Q101認(rèn)證證書(shū)。分別從質(zhì)量管理體系的專業(yè)性和產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性，這兩個(gè)方面保證了為整車廠提供高標(biāo)準(zhǔn)的車用碳化硅功率器件。

圖10.泰科天潤(rùn)IATF16949

圖11.泰科天潤(rùn)AEC-Q101

●常見(jiàn)的DC/DC級(jí)電路拓?fù)?/p>

車載充電機(jī)一般為兩級(jí)電路，前級(jí)為PFC（Power Factor Correction）級(jí)，即功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)交流電壓變?yōu)橹绷麟妷?，且保證輸入交流電流與輸入交流電壓同相位，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)功率需求的不同，可采用多級(jí)Boost電路并聯(lián)進(jìn)行擴(kuò)容；后級(jí)為DC/DC級(jí)，實(shí)現(xiàn)PFC級(jí)輸出直流電壓變?yōu)樗璩潆婋妷?，?shí)現(xiàn)恒流/恒壓充電功能，并保證交流高壓側(cè)與直流高壓側(cè)的電氣絕緣，同樣地，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)功率需求的不同，可采用多級(jí)DC/DC電路并聯(lián)進(jìn)行擴(kuò)容。另外，比較常見(jiàn)的DC/DC級(jí)電路拓?fù)溆幸葡嗳珮蚝蚅LC兩種。

BOOST PFC

VIENNA PFC

LLC

PSFB

從上述內(nèi)容可以看出，SiC二極管一般應(yīng)用于車載充電機(jī)產(chǎn)品中，作為PFC二極管和DC-DC次級(jí)整流二極管使用。

前級(jí)PFC選擇：

■ 單相一般采用BOOST結(jié)構(gòu)，建議使用650V 10A、12A、15A、16A、20A、30A、40A等規(guī)格，TO220、TO247、TO263等封裝；

■三相一般采用VIENNA結(jié)構(gòu)，建議使用1200V 10A、15A、20A、30A、40A等規(guī)格，TO220、TO247等封裝；

后級(jí)DCDC選擇：

■ LLC中，如果車載充電機(jī)最高輸出電壓小于<550V，建議使用650V 10A、12A、15A、16A、20A、30A、40A等規(guī)格，TO220、TO247、TO263等封裝；如果最高輸出電壓>550V，建議使用1200V 10A、15A、20A、30A、40A等規(guī)格，TO220、TO247等封裝；

■在PSFB中，建議使用1200V 10A、15A、20A、30A、40A等規(guī)格，TO220、TO247等封裝；

后續(xù)針對(duì)雙向OBC的應(yīng)用，碳化硅MOSFET也是較好的選擇。

原文標(biāo)題：碳化硅器件在車載充電機(jī)OBC上的應(yīng)用

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