为什么选择SiC作为下一个双向板载充电器设计呢？

硅（Si）基电力电子器件长期以来一直主导着电力电子行业，因为它们的技术成熟度和相对容易获得。然而，碳化硅（SiC）衬底由于其主要的内在优势而最近获得了关注，这与最近的行业趋势非常吻合。这种宽带隙（WBG）半导体不仅可以处理比硅半导体大得多的能量密度，而且还具有高功率转换效率和大导热性-这些因素在需要高度节能和快速充电的电池应用中尤其重要。

本文是两部分系列文章的一部分，该系列文章讨论了车载充电器（OBC）系统的设计考虑因素，以及SiC相对于硅在OBC方面的优势，重点是双向充电器。在Si和SiC OBC的参考设计比较中详细介绍了在OBC中实施SiC优于Si的实际优势，并进行了成本节约分析和系统优势细分。

为什么选择碳化硅？

SiC已经渗透到无数的电力电子应用中，包括电源、太阳能转换、其他可再生能源的功率转换以及工业电机驱动器的逆变器。该WBG半导体具有独特的优势，可以服务于从低功率器件到高功率系统的功率谱上的大部分应用，因为它具有临界电场（2.2×106 V/cm）、电子速度、熔点（300°C）和热导率（4.9 W/cmK）的独特组合。

在晶体管层面，这导致低导通电阻（R（DS）on），从而降低传导损耗，进而允许大电流应用。相对于硅基绝缘栅双极晶体管（IGBT）而言，器件电容更低，可在高开关频率下实现低开关损耗，具有更小的滤波器、无源元件和整体更简单的热管理系统。

SiC系统的设计和开发，从基础晶圆开发到已安装SiC设备的设计和支持。表1详细介绍了碳化硅的优势以及利用在碳化硅方面的专业知识时的复合效益。

这些理想的品质推动了基于SiC的AC/DC和DC/DC转换器在低功耗到高功率电动汽车（EV）应用中的使用。对于电动自行车、混合动力电动汽车（HEV）、插电式混合动力电动汽车（PHEV）和各种电池电动汽车（BEV），包括通勤车和商用卡车等电动汽车中使用的OBC尤其如此。对于超过3.3 kW的高功率OBC系统尤其如此，该系统用于更快地为EV电池充电。这样做的好处包括简化充电过程，并使这项技术对习惯于内燃机或ICE（通过减轻里程焦虑的负面影响）的消费者来说更容易接受。

由于这些原因，充电时间和充电后的有效车辆续航里程是汽车制造商的关键参数——这两个因素取决于电池尺寸和额定充电功率。这些充电功率范围从3.3 kW和6.6 kW的低功率单相系统到高功率11kW和22kW系统。图1显示了0.100 kW、3.3 kW、6 kW和6 kW OBC的典型车辆类型、电池尺寸、11%至22%充电时间以及竞争技术。

车辆类型从通勤车BEV到更大、更高性能的BEV，如电动卡车。如图所示，即使充电功率超过3×，大容量车辆可能仍然具有更大的0%至100%充电时间。这使得OBC对于大功率系统特别有效;也就是说，浪费的功率更少，充电速度更快。

除了OBC效率之外，成本、重量和尺寸等参数至关重要，因为更小、更轻的OBC可以更容易地在车辆中实施，通常空间预算紧张。此外，消费者和OEM的OBC成本直接影响制造商的资本支出/底线以及消费者的可访问性。为了保持竞争力，OBC必须帮助电动汽车满足基于内燃机的车辆的价格点。

22kW双向OBC设计：硅与碳化硅样品设计

双向功率流的优势！

正如我们之前在单向OBC设计文章中所述，由于省略了二极管损耗，双向充电器本质上可以实现比单向设计更高的效率。单向DC/DC模块包括使用维也纳PFC二极管，而单向LLC谐振转换器通过二极管桥完成输出整流。图2显示了单相双向OBC的典型骨架——全桥整流器已被低损耗SiC MOSFET取代，以消除整流二极管正向压降造成的损耗。这反过来又降低了功耗，从而简化了热管理要求。

虽然亚太地区（APAC）正在引领电动汽车的双向充电计划，但采用双向OBC的总体趋势是更高的系统效率以及V2其他应用的潜力，包括车到户（V2H）发电，车辆到电网（V2G）机会和车对车（V2V）充电用例（例如快速启动另一辆电动汽车）。

在SiC组件和系统设计和开发方面拥有30多年的经验，有助于降低设计人员在下一个OBC中使用非常理想的基于SiC的组件的障碍。广泛的碳化硅功率器件、碳化硅系统和专业知识相结合，可以快速开发在现场可靠运行的稳健设计拓扑。产品组合中已经提供了完整的双向OBC以及单独的AC/DC和DC/DC级。这包括系统效率为6%的6.97 kW双向OBC和可实现高达22.98%效率的6 kW双向OBC AC/DC和DC/DC转换器模块。

从完整的产品组合到详尽的工程和应用支持，以及在线仿真平台和行业专家，为SiC系统的设计和开发提供了全面的基础。这扩展到基于SiC的OBC，其中OEM可以在下一个设计中利用非常理想的方面，同时降低成本，将BOM成本和效率设计的节省传递给客户。

审核编辑：刘清