安森美半導(dǎo)體作為汽車功能電子化的領(lǐng)袖之一，為電動汽車OBC和直流充電樁提供碳化硅(SiC) MOSFET、超級結(jié)MOSFET、IGBT和汽車功率模塊(APM)等廣泛的產(chǎn)品陣容乃至完整的系統(tǒng)方案，以專知和經(jīng)驗支持設(shè)計人員優(yōu)化性能，加快開發(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(tǒng)架構(gòu)和功率等級

1個典型的OBC由多個級聯(lián)級組成，包括功率因數(shù)校正(PFC)、DC-DC轉(zhuǎn)換器、次級整流、輔助電源、控制及驅(qū)動電路。

圖1：典型的OBC系統(tǒng)架構(gòu)

OBC具有多種功率等級，功率等級越高，充電時間就越短。車廠必須根據(jù)整車要求定義適當?shù)腛BC功率等級。這些OBC需要大功率的交流電源，根據(jù)OBC的設(shè)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;每一個對應(yīng)于不同的常見交流功率等級，如表1所示。安森美半導(dǎo)體可提供單相3.3 kW、6.6 kW和三相11 kW OBC方案。

功率等級交流電源配置

3.3 kW單相120 V / 30 A1個3.3 kW轉(zhuǎn)換器

6.6 kW單相240 V / 30 A1個6.6 kW轉(zhuǎn)換器

11 kW三相440 V / 15 A3個3.3 kW轉(zhuǎn)換器

22 kW三相440 V / 30 A3個3.3 kW轉(zhuǎn)換器

三相11 kW 車載充電器平臺SEC-3PH-11-OBC-EVB

SEC-3PH-11-OBC-EVB是安森美半導(dǎo)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(qū)動器，包括1200 V、80mΩ NVHL080N120SC1高性能SiCMOSFET、6 A SiC MOSFET門極驅(qū)動器NCV51705和650 V、30 A SiC二極管 FFSB3065B-F085，系統(tǒng)能效超過95%。該套件采用模塊化方法，配備用戶友好的圖形用戶接口(GUI)，從而簡化和加快評估。LLC系統(tǒng)由嵌入式軟件以電壓或電流控制模式驅(qū)動。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，也可作為開發(fā)3相PFC-LLC拓撲系統(tǒng)的學習環(huán)境。該套件的關(guān)鍵參數(shù)為：輸入電壓195至265 Vac，直流總線電壓最大值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(dǎo)體的三相11 kW OBC 套件

6.6 kW OBC參考設(shè)計

該6.6 kW OBC參考設(shè)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，總線電壓可根據(jù)輸出電壓調(diào)節(jié)以優(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(jié)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(yīng)對電動汽車車載充電的重要趨勢：雙向充電

在電動汽車電池和建筑物或電網(wǎng)之間進行雙向充電(V2X)將成為電動汽車車載充電的重要趨勢。雙向充電應(yīng)考慮充放電能效，以確保轉(zhuǎn)換時不浪費能量，需要圖騰柱無橋PFC，此時，反向恢復(fù)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，因為沒有相關(guān)的正向或反向恢復(fù)損耗。如圖3是雙向充電的電路圖，對于K3和K4，需要快速開關(guān)、低飽和壓降Vcesat、低正向電壓Vf的器件。安森美半導(dǎo)體提供寬廣的符合AEC車規(guī)的IGBT系列，包括650 V/750 V/ 950 V 第4代溝槽場截止IGBT和1200 V超高速溝槽場截止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。