碳化硅與車載充電器(OBC)

國內(nèi)新能源汽車始終保持著高速發(fā)展趨勢，從而不斷尋求更高的提升與改進(jìn)，而提升續(xù)航里程最直接的辦法就是盡可能地提高電池的能量密度。但電池能量密度不能持續(xù)增加的時(shí)候，降低車用部件的重量成為另一個(gè)方向的選擇。而碳化硅功率器件有利于OBC功率密度的提升和重量的降低。

OBC重要性

OBC（車載充電器），作為新能源汽車核心零件，它直接決定了新能源汽車的安全性及穩(wěn)定性。同時(shí)OBC作為新能源汽車的核心器件之一，它的功率密度直接影響整車的重量，續(xù)航里程、充電時(shí)間等。

碳化硅功率器件與OBC

當(dāng)前，智能化、輕量化、集成化將是電動(dòng)汽車發(fā)展的趨勢，采用碳化硅功率器件可使電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車功率轉(zhuǎn)化能耗損失降低 20%，對大幅提高電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程具有重要意義，目前車載充電器（OBC）的應(yīng)用較為廣泛，故在OBC產(chǎn)品上使用碳化硅功率器件對于提升OBC產(chǎn)品的效率、功率密度和質(zhì)量密度提升上發(fā)揮了重要作用。

產(chǎn)品應(yīng)用

OBC典型的線路結(jié)構(gòu)是由PFC和DC/DC組成，OBC的前級(jí)PFC 線路和后級(jí) DC/DC 輸出線路中均會(huì)使用碳化硅二極管（D1、D2、D3、D4、D5、D6），電池電壓的提升，意味著 OBC 后級(jí)輸出電壓升高，配合目前 OBC從單相220V到三相380V的發(fā)展趨勢，DC/DC次級(jí)器件會(huì)從目前的650V二極管轉(zhuǎn)變成1200V的相關(guān)產(chǎn)品。

圖一?6.6KW OBC單相拓?fù)渚€路

1.碳化硅二極管（SiC SBD）應(yīng)用

如圖一所示，在OBC的前級(jí)PFC線路和后級(jí)DC/DC輸出線路中會(huì)用到碳化硅二極管（D1、D2、D3、D4、D5、D6），優(yōu)勢在于反向恢復(fù)電流IR接近為零。而對于OBC的PFC線路，在PFC線路使用碳化硅二極管可提升PFC線路的效率；同時(shí)碳化硅二極管的QC和VF兩個(gè)主要參數(shù)也具有一定優(yōu)勢，故在OBC的后級(jí)輸出線路中使用碳化硅二極管可提升輸出整流的效率。瑞森半導(dǎo)體推出如下系列碳化硅二極管產(chǎn)品：

2. 超結(jié)MOSFET應(yīng)用

在單相交流輸入的OBC（拓?fù)渚€路參考圖一）中，DC/DC的前段需使用開關(guān)管將直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，如PFC輸出的直流電壓在400V以下，且功率不超過6.6kW的產(chǎn)品，可選擇600V或650V系列的COOL MOS。瑞森半導(dǎo)體推出如下系列COOL MOS產(chǎn)品：

3. 碳化硅MOSFET應(yīng)用

為了能縮短充電時(shí)間和提升動(dòng)力電池電壓有的新能源汽車采用三相380V輸入的模式可以將功率提升到12KW以上，大幅度提升充電速度；同時(shí)電池電壓提升對于OBC技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。將原來輸入電壓由單相220V AC變成三相380V AC后，PFC輸出級(jí)的電壓會(huì)相應(yīng)提高到600V以上，而600V或650V系列的COOL MOS已經(jīng)無法滿足要求，故需選用1200V系列的SiC MOS材料。它在三相12kW以上的 OBC產(chǎn)品中有著重要位置，現(xiàn)有車載電源廠家已經(jīng)陸續(xù)開始生產(chǎn)三相12kW以上的 OBC，其都在使用SiC MOS作為DC/DC輸入級(jí)開關(guān)管，由此可見，SiC MOS是未來三相12kW以上的 OBC產(chǎn)品上的主要用料。

圖二?OBC三相拓?fù)渚€路

碳化硅材料具有耐高壓、耐高溫、高效率、高頻率、抗輻射等優(yōu)異的物理和化學(xué)特性，能夠極大地提升現(xiàn)有能源的轉(zhuǎn)換效率。碳化硅MOSFET已經(jīng)在OBC應(yīng)用中具有廣闊的市場。瑞森半導(dǎo)體推出如下系列碳化硅MOSFET產(chǎn)品：

4.?碳化硅MOSFET封裝革新

碳化硅MOSFET開關(guān)速度快，開啟電壓Vth比COOL MOS要低，為更好的降低MOSFET誤動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)。如圖三、四所示:TO-247-3封裝的G-D-S變?yōu)镈-S1-S2-G,其中第二引腳 S1接負(fù)載端，三引腳S2接驅(qū)動(dòng)端；故采用最新的封裝工藝將傳統(tǒng)的TO-247-3封裝變成TO-247-4封裝，從而實(shí)現(xiàn)碳化硅MOSFET功率源極和驅(qū)動(dòng)源極分開，更好降低碳化硅MOSFET關(guān)斷時(shí)L*di/dt對碳化硅MOSFET柵極的影響。

圖三?TO-247-3 碳化硅MOSFET 關(guān)斷過程線路

圖四?TO-247-4 碳化硅MOSFET關(guān)斷過程線路