碳化硅器件在車載充電機OBC上的應(yīng)用

很多乘用電動車主已經(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。但很多電動車主不知道的是：為電動汽車充電的，其實不是充電樁，而是車上的車載充電機。家用的充電樁，只是提供了一個標(biāo)準(zhǔn)充電接口。電動汽車充電機，按照所在位置，劃分為車載充電機和非車載充電機兩類。車載充電機，以交流電源作為輸入，輸出為直流，直接給動力電池包充電，與地面的交流充電樁適配。交流充電樁，交流輸入、交流輸出，不能直接給動力電池充電，需要連接車載充電機，進(jìn)行電力變換，才能實現(xiàn)充電。交流充電樁內(nèi)部比較簡單，基本功能就是將電網(wǎng)交流電引出到方便電動汽車充電的位置，并提供一個標(biāo)準(zhǔn)的充電接口，并可完成計費等額外功能，可以簡單理解為“一個帶電表的插座”。

圖1.交流充電樁（www.mengdashop.cn/goods-1530.html）

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

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

車載充電機的輸入端，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。車載充電機的輸出端，直接連接動力電池包慢充電接口。中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《QCT 895-2011 電動汽車用傳導(dǎo)式車載充電機》中規(guī)范了車載充電機的組成結(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，也可以啟用兩個備用pin口，可以實現(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個部分，將輸入的工頻交流電轉(zhuǎn)化成適合動力電池系統(tǒng)能夠接受的適當(dāng)電壓的直流電。通常對于整車廠來說，車載充電機的要求是成本低、尺寸小、重量輕、壽命長，同時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.車載充電機結(jié)構(gòu)示意圖（《QCT 895-2011 電動汽車用傳導(dǎo)式車載充電機》）

圖5.水冷型車載充電機（http://www.shinry.com/show_list.php?id=16）

圖6.風(fēng)冷型車載充電機（http://www.shinry.com/show_list.php?id=16）

隨著技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)品設(shè)計的升級，獨立車載充電機的發(fā)展越來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（http://www.evpartner.com/news/8/detail-44448.html）

圖8.比亞迪高壓三合一方案（https://www.pcauto.com.cn/cxxj/1757/17579070.html）

泰科天潤

車用碳化硅功率器件

為了滿足車載充電機市場不斷升級的實際需求，泰科天潤特開發(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)級器件則成了首選。泰科天潤作為中國碳化硅（SiC）功率器件產(chǎn)業(yè)化的倡導(dǎo)者之一，國內(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)件的組織實施ISO9007的要求IATF16949和汽車級半導(dǎo)體分立器件應(yīng)力測試AEC-Q101認(rèn)證證書。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IATF16949

圖11.泰科天潤AEC-Q101

●常見的DC/DC級電路拓?fù)?/p>

車載充電機一般為兩級電路，前級為PFC（Power Factor Correction）級，即功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)，實現(xiàn)電網(wǎng)交流電壓變?yōu)橹绷麟妷海冶ＷC輸入交流電流與輸入交流電壓同相位，根據(jù)實際設(shè)計功率需求的不同，可采用多級Boost電路并聯(lián)進(jìn)行擴容；后級為DC/DC級，實現(xiàn)PFC級輸出直流電壓變?yōu)樗璩潆婋妷?，實現(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)實際設(shè)計功率需求的不同，可采用多級DC/DC電路并聯(lián)進(jìn)行擴容。另外，比較常見的DC/DC級電路拓?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)用于車載充電機產(chǎn)品中，作為PFC二極管和DC-DC次級整流二極管使用。

前級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DCDC選擇：

■ LLC中，如果車載充電機最高輸出電壓小于<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)針對雙向OBC的應(yīng)用，碳化硅MOSFET也是較好的選擇。

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