羅姆為電動(dòng)汽車(chē)充電樁打造高效解決方案
引言
全球能源短缺和大氣污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)綠色低碳發(fā)展已成為降低全社會(huì)碳排放、增強(qiáng)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段。作為領(lǐng)先的功率半導(dǎo)體廠商之一，羅姆一直致力于技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)各種高效、高品質(zhì)的功率器件，為大功率智能充電站提供安全可靠的解決方案，在支持綠色出行的同時(shí)助力全面低碳社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。
縮短充電時(shí)間的高輸出挑戰(zhàn)
對(duì)電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主來(lái)說(shuō)，縮短充電時(shí)間是非常重要的訴求，而大功率充電是其中關(guān)鍵的支撐技術(shù)。提升續(xù)航距離需要増加電池容量，為縮短充電時(shí)間，需要高輸出能力的充電樁，如360kW的充電樁要搭載9個(gè)40kW的電源模塊。在電路拓?fù)浞矫妫瑔蜗虺潆姌妒褂萌郪ienna整流LLC電路。基于純電動(dòng)車(chē)對(duì)電網(wǎng)、家庭供電的需求，雙向充電樁也趨于使用三相B6-PFC+雙有源橋電路。
無(wú)論哪一種充電樁，客戶都在一如既往地重視高品質(zhì)的同時(shí)，隨著輸出功率的提高而追求高效化和熱管理。對(duì)此，羅姆以功率器件為中心提供各種解決方案，滿足各種客戶需求。根據(jù)使用器件的不同，羅姆提供兩類(lèi)充電樁解決方案。一是碳化硅器件解決方案，適用于追求高效、小型化的大功率充電樁。二是硅器件解決方案，包括相對(duì)于碳化硅器件來(lái)說(shuō)性價(jià)比較好的超級(jí)結(jié)MOS和IGBT。
·針對(duì)單向充電樁：面向大功率Vienna PFC+LLC電路拓?fù)涞姆桨?/strong>
Vienna整流+LLC構(gòu)成了充電樁的基本電路。如果考慮設(shè)備成本，羅姆推薦使用硅器件、FRD(快恢復(fù)二極管)方案;如果需要高功率密度和高效率，則推薦使用碳化硅 MOS/SBD方案。
Vienna PFC+LLC電路和器件示例
PFC部分更適合使用碳化硅器件，理由有二：其一，高溫時(shí)導(dǎo)通電阻增加較少，能實(shí)現(xiàn)高效率，同時(shí)可抑制發(fā)熱，使用更小的散熱板;其二，碳化硅器件的恢復(fù)損耗非常小，開(kāi)關(guān)損耗較小，能夠提高工作頻率，有助于輸入線圈的小型化。作為硅器件解決方案，也可以使用具有高速開(kāi)關(guān)的羅姆SJ-MOSFET“R65xKN系列”以及IGBT“RGW系列”。
Vienna PFC拓?fù)渫扑]器件
其次，對(duì)于LLC部分，羅姆通過(guò)高耐壓1200V 碳化硅MOS來(lái)削減部件個(gè)數(shù)。通過(guò)將1200V 碳化硅MOS應(yīng)用于LLC部分，可以將Stack型的LLC電路變更為下述Single型。具備高耐壓、高速開(kāi)關(guān)特點(diǎn)的碳化硅器件給Single LLC帶來(lái)以下優(yōu)點(diǎn)：
? 減少功率器件數(shù)量，節(jié)省空間，簡(jiǎn)化電路，降低故障率;
? 減少控制元件數(shù)量，簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路，減少M(fèi)CU使用數(shù)、減少端口數(shù)。
碳化硅MOS可以實(shí)現(xiàn)Single LLC 的優(yōu)勢(shì)
·針對(duì)雙向充電樁：面向三相B6-PFC電路拓?fù)涞慕鉀Q方案
羅姆針對(duì)雙向充電樁的三相B6-PFC拓?fù)涞姆桨甘褂?200V 碳化硅MOS，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：
? 受高溫影響小;
? 高速恢復(fù)性能有助于可實(shí)現(xiàn)輸入線圈、絕緣變壓器的小型化；
? 抑制偏共振時(shí)的破壞風(fēng)險(xiǎn)。
20kW以下使用1200V開(kāi)關(guān)元器件，例如高效率的碳化硅MOSFET “SCT3xxxKx(1200V/17-95A)”或標(biāo)準(zhǔn)IGBT “RGSxxTSX2”。在20kW以上的應(yīng)用中，可以選擇全碳化硅功率模塊“BSMxxxD1xPxCxxx/Exxx/Gxxx(1200-1700V/80-600A/Half-Bridge)”，實(shí)現(xiàn)雙有源橋諧振變換器(絕緣雙向DC-DC)。
三相B6-PFC+雙有源橋電路拓?fù)渫扑]器件
·針對(duì)充電樁二次電源系統(tǒng)的解決方案
針對(duì)充電樁系統(tǒng)中的二次部分(控制器，驅(qū)動(dòng)部分)，羅姆也有非常多的產(chǎn)品可供選擇，其中在電源方面，有電源樹(shù)形式的提案，從HV-DCDC到DCDC或LDO。
電源樹(shù)形式的提案
2021年5月，羅姆推出了高耐壓、大電流、內(nèi)置MOSFET的降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器IC“BD9G500EFJ-LA”，既可實(shí)現(xiàn)小型高效，又確保即使受到雷電等突發(fā)性浪涌電壓也不會(huì)損壞;同時(shí)以大電流支持更多的功能。
新產(chǎn)品是非隔離型DC/DC轉(zhuǎn)換器IC，采用BiCDMOS高耐壓工藝，可提供先進(jìn)工業(yè)設(shè)備所需的電源功能。適用于48V電源系統(tǒng)，具有超高的80V耐壓，安全工作范圍更寬，與同等輸出電流的普通產(chǎn)品相比，耐壓提高了約20%。其足夠的余量可以應(yīng)對(duì)突發(fā)性浪涌電壓，有助于提高應(yīng)用的可靠性。
此外，還實(shí)現(xiàn)了耐壓60V以上DC/DC轉(zhuǎn)換器IC中超高的5A最大輸出電流，有助于實(shí)現(xiàn)更多功能的小型化充電樁。另外，內(nèi)置低損耗MOSFET可在2A至5A寬輸出電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高達(dá)85%的功率轉(zhuǎn)換效率，更加節(jié)能。
與普通產(chǎn)品相比，耐壓提高約20%
助客戶研發(fā)一臂之力
在客戶開(kāi)發(fā)流程的各個(gè)階段，羅姆提供全方位的應(yīng)用支持，包括器件選型、電路設(shè)計(jì)、電路驗(yàn)證，到基板設(shè)計(jì)和實(shí)機(jī)驗(yàn)證。羅姆還特別針對(duì)客戶在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中比較花費(fèi)工夫的3項(xiàng)技術(shù)提供重點(diǎn)支持：
·熱設(shè)計(jì)支持
通過(guò)包括印刷板在內(nèi)的熱模擬，可以在PCB發(fā)板之前驗(yàn)證熱設(shè)計(jì)。如果發(fā)生熱問(wèn)題，可以通過(guò)實(shí)測(cè)和模擬提出改進(jìn)建議。
·EMC(噪音)設(shè)計(jì)支持
在構(gòu)想、設(shè)計(jì)、試制階段，由支持過(guò)眾多客戶、有豐富經(jīng)驗(yàn)的工程師進(jìn)行分析，支持客戶解決EMC問(wèn)題。
·仿真技術(shù)支持
客戶可以利用羅姆官網(wǎng)上的仿真工具ROHM Solution Simulator簡(jiǎn)單輕松地進(jìn)行電路仿真和系統(tǒng)驗(yàn)證。在接近實(shí)際環(huán)境的解決方案電路中，同時(shí)驗(yàn)證碳化硅功率元器件和驅(qū)動(dòng)IC，從而顯著縮短應(yīng)用開(kāi)發(fā)周期。
綠色，“充”向未來(lái)
作為全球功率半導(dǎo)體特別是碳化硅技術(shù)創(chuàng)新的領(lǐng)導(dǎo)者之一，羅姆持續(xù)提供安全可靠的功率半導(dǎo)體解決方案，來(lái)滿足各種場(chǎng)景電動(dòng)汽車(chē)充電需求。未來(lái)，羅姆將積極推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，為構(gòu)建綠色、智能、安全的充電生態(tài)提供更多安全可靠的充電解決方案，助力全面低碳社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。
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