電動汽車OBC分類及其大功率PFC技術(shù)分析

4.1 20-30kW兩電平LLC雙向DC/DC變換器

下圖顯示具有雙向流動設(shè)計和總共 12 個 SiC MOSFET 的兩電平 LLC 電路示例，該電路可實現(xiàn)簡單、靈活的控制，具有高效率和磁性元件小的特點。在這種用于直流快速充電的配置中，繼電器可以針對 400 V 和 800 V 操作進(jìn)行切換，滿足低或高充電電流的需求。一個不足之處在于：LLC 設(shè)計通常具有一個狹窄的最佳應(yīng)用點，需要謹(jǐn)慎設(shè)計諧振回路。

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4.2 20-30kW兩電平LLC級聯(lián)雙向DC/DC變換器

下圖顯示具有雙向流動設(shè)計和總共 12 個 MOSFET 的兩電平 LLC 級聯(lián)電路示例，該電路支持從傳統(tǒng) Si 組件輕松過渡到 SiC（電壓為 650 V）。盡管使用 SiC 器件可提升效率，但該結(jié)構(gòu)也存在一些挑戰(zhàn)。

4.3 20-30kW雙有源橋（DAB）雙向DC/DC變換器

5.寬禁帶功率器件技術(shù)分析

5.1 SiC MOSFET研究進(jìn)展

固體的能帶理論

禁帶寬帶（Eg）：半導(dǎo)體的禁帶寬度與晶格原子之間的化學(xué)鍵相關(guān)，更強的化學(xué)鍵意味著電子很難從一個位置跳躍到下一個位置，因此，較大的禁帶寬度的半導(dǎo)體材料具有較低的本征泄漏電流和較高的工作溫度。

臨界擊穿電場（Ecrit)：強的化學(xué)鍵會造成更大的禁寬帶度，也會引起雪崩擊穿時更高的臨界擊穿電場，器件擊穿電壓可以近似：VBR=1/2*Wdrift*Ecirt，因此器件的擊穿電壓與漂移區(qū)寬度成正比。

5.2 碳化硅 (SiC)器件特性分類及SiC MOSFET結(jié)構(gòu)

5.2.1 SiC對比Si材料優(yōu)勢

5.2.2 節(jié)能及系統(tǒng)集成度推動電力電子應(yīng)用的發(fā)展

5.2.3 SiC二極管種類

SiC功率二極管有4種類型：PiN 二極管、肖特基二極管(Schottky Barrier ?Diode，SBD)，結(jié)勢壘肖特基二極管(Junction Barrier Schottky Diode，JBS)和混合式PIN-肖特基二極管。

5.2.4 SiC二極管開關(guān)動態(tài)過程

5.2.5 平面SiC MOSFET的挑戰(zhàn)

5.2.6 英飛凌的現(xiàn)代溝槽CoolSiC技術(shù)

5.2.7 一種典型分離柵的雙槽 SiC MOSFET

5.2.8 典型的溝槽結(jié)構(gòu)SiC MOSFET類型

這些結(jié)構(gòu)核心就是在柵極溝槽底部或柵極溝槽底部附近區(qū)域，增加P型結(jié)構(gòu)，形成耗盡層（空間電荷區(qū)），從而，把柵極溝槽底部氧化層電場，部分轉(zhuǎn)移到耗盡層中，減小柵極溝槽底部的電場。?

6.英飛凌的CoolMOS CFD7A

高功率密度 → 更緊湊的設(shè)計CoolMOS CFD7A在硬開關(guān)和諧振開關(guān)拓?fù)渲?，尤其是輕負(fù)荷條件下具有較大改進(jìn)，令效率更上一層樓。與之前幾代產(chǎn)品相比，其在相同柵極損耗的水平下可實現(xiàn)更高的開關(guān)頻率；而且這一產(chǎn)品組合極具前景，使CFD7A成為減少系統(tǒng)重量和空間以實現(xiàn)更緊湊設(shè)計的關(guān)鍵因素。

符合汽車壽命要求的出色可靠性由于宇宙輻射魯棒性增強，CoolMOS CFD7A 技術(shù)能夠應(yīng)用更高的蓄電池電壓，同時具有與前幾代產(chǎn)品及其他市場產(chǎn)品相同的可靠性。

更高的設(shè)計靈活性和可擴展性得益于固有快速體二極管和廣泛的產(chǎn)品組合，CFD7A器件可用于PFC和DC-DC級。

6.1 使用CoolMOS達(dá)到下個功率密度水平CFD7A系列

6.2 卓越技術(shù)確保CFD7A是市場上最具宇宙輻射魯棒性器件

6.3 可以在不同尺寸上實現(xiàn)更高的功率密度

6.4 在相同的柵極損耗水平下可以支持更高的開關(guān)頻率

6.5 在關(guān)鍵參數(shù)方面取得了相當(dāng)大的性能改進(jìn)

6.6 快速的體二極管增加額外可靠性，減少設(shè)計工作量

6.7 CFD7A的關(guān)鍵指標(biāo)系數(shù)FOM

7. 一款典型OBC樣機拆機分析

7.1總體方案

7.2主要功率半導(dǎo)體

7.3輸入輸出端口

編輯：黃飛

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