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碳化硅器件在車載充電機上的作用

泰科天潤半導體 ? 來源:泰科天潤半導體 ? 作者:泰科天潤半導體 ? 2020-10-09 16:34 ? 次閱讀

編輯:Henry

校對:Tao

很多乘用電動車主已經(jīng)習慣了這種操作: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,只是提供了一個標準充電接口。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,并提供一個標準的充電接口,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

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,以標準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)標準《QCT 895-2011 電動汽車用傳導式車載充電機》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。標準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 電動汽車用傳導式車載充電機》)

圖5.水冷型車載充電機

圖6.風冷型車載充電機

隨著技術(shù)的進步和產(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

圖8.比亞迪高壓三合一方案

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)化的倡導者之一,國內(nèi)首家第三代半導體材料碳化硅器件制造與應用解決方案提供商,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)服務件的組織實施ISO9007的要求IATF16949和汽車級半導體分立器件應力測試AEC-Q101認證證書。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準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級電路拓撲

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璩潆婋妷海瑢崿F(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)進行擴容。另外,比較常見的DC/DC級電路拓撲有移相全橋和LLC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的應用,碳化硅MOSFET也是較好的選擇。

原文標題:碳化硅器件在車載充電機OBC上的應用

文章出處:【微信公眾號:泰科天潤半導體】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

責任編輯:haq

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原文標題:碳化硅器件在車載充電機OBC上的應用

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