什么是車載充電器？

大多數(shù)人認(rèn)為的電動(dòng)汽車(EV)作為新的東西，但第一輛用電的汽車是在19世紀(jì)發(fā)明的。內(nèi)燃機(jī) (ICE) 汽車迅速占據(jù)了主導(dǎo)地位，而電動(dòng)汽車在大多數(shù)情況下很快就被遺忘了。在 1970 年代的石油危機(jī)期間，以及 1990 年代加州空氣資源委員會(huì) (CARB) 創(chuàng)建零排放汽車 (ZEV) 計(jì)劃時(shí)，電動(dòng)汽車被提上日程，但未能站穩(wěn)腳跟。

這一次，電動(dòng)汽車市場(chǎng)將繼續(xù)保持穩(wěn)定增長(zhǎng)。從充電方法的角度來(lái)看，EV 有兩個(gè)主要的子組。第一組包含混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (HEV) 和輕度混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (MHEV)，它們通過(guò) ICE 或再生制動(dòng)和能量回收為自己的電池充電。第二組包含插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (PHEV) 和電池供電的電動(dòng)汽車 (BEV) - 必須“插入”才能充電的類型。正是這些車輛需要車載充電器 (OBC)。

OBC 可以接受單相或三相電源，并提供高達(dá) 22kW 的功率以實(shí)現(xiàn)盡可能快的充電。由于所有電池都需要直流電源充電，因此 OBC 的核心功能是對(duì)市電輸入進(jìn)行整流并將其轉(zhuǎn)換為適合電池的充電電壓——可能是 400V，或者逐漸增加到 800V。

OBC 有兩個(gè)主要階段。首先，功率因數(shù)校正 (PFC) 級(jí)保持輸入電流和電壓之間的相位關(guān)系，并最大限度地減少線路/電網(wǎng)電流中的總諧波失真 (THD)。這有助于減少任何浪費(fèi)的無(wú)功功率并提高整體效率。

第二級(jí)是 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，它將來(lái)自 PFC 級(jí)的直流輸出轉(zhuǎn)換為電池充電所需的電平。轉(zhuǎn)換器輸出電壓和電流根據(jù)電池的整體健康狀況和充電狀態(tài)隨時(shí)間變化。

一些 OBC 被設(shè)計(jì)為提供雙向能力，允許電網(wǎng)到車輛和車輛到電網(wǎng)的電力傳輸。這將使能源公司和客戶能夠利用電動(dòng)汽車中儲(chǔ)存的大量電力，提供額外的能源儲(chǔ)備來(lái)應(yīng)對(duì)需求高峰。車主將受益于他們?cè)诟叻鍟r(shí)段向電網(wǎng)出售電力(因此價(jià)格更高)并在非高峰時(shí)段補(bǔ)充他們的車輛，為公用事業(yè)公司使用其儲(chǔ)存的能源提供少量收入。

大多數(shù)單向 OBC 使用 LLC 或相移全橋 (PSFB) 拓?fù)洹?duì)于雙向設(shè)計(jì)，CLLC 或雙有源電橋 (DAB) 很常見(jiàn)并且越來(lái)越受歡迎。碳化硅 (SiC) MOSFET 越來(lái)越多地用于受益于更低的開(kāi)關(guān)損耗、更快的開(kāi)關(guān)速度和更高的工作溫度。

單向 OBC 的次級(jí)側(cè)整流可以是無(wú)源的(使用二極管)或同步的，后者使用電源開(kāi)關(guān)以提高效率。在雙向 OBC 中，次級(jí)整流需要是支持 CLLC 的全橋，或雙有源橋的后半部分。在所有情況下，使用碳化硅器件(二極管和開(kāi)關(guān))將提高效率并提供穩(wěn)健性。然而，在一些成本優(yōu)化的 OBC 設(shè)計(jì)中，仍可使用超級(jí)結(jié) MOSFET，具體取決于功率水平、電壓和可接受的效率。

電動(dòng)汽車電池容量的巨大差異推動(dòng)了 OBC 設(shè)計(jì)對(duì)可擴(kuò)展性和靈活性的需求。例如，輕型乘用車的電池容量通常在 30kWh 到 100kWh 以上，而在 SUV 等大型車輛中，這個(gè)數(shù)字可能會(huì)上升到 150kWh。趨勢(shì)是增加電池組的容量，以擴(kuò)大電動(dòng)汽車在兩次充電之間的續(xù)航里程。一些進(jìn)入市場(chǎng)的乘用車電池容量接近200kWh，更大的電池將遷移到800V以加快充電過(guò)程。

根據(jù)選擇的 OBC 拓?fù)?，將需要多種類型的半導(dǎo)體器件。onsemi為 3.3kW 至 22kW 的汽車 OBC 功率級(jí)和高達(dá) 800V 的電池電壓提供解決方案。該產(chǎn)品組合包括SiC MOSFET、帶有共同封裝 SiC 二極管的混合 IGBT、超級(jí)結(jié) MOSFET、汽車功率模塊 (APM)、SiC 二極管、柵極驅(qū)動(dòng)器、穩(wěn)壓電源和車載網(wǎng)絡(luò)解決方案。

實(shí)施onsemi技術(shù)使客戶能夠?yàn)楦鞣N電動(dòng)汽車應(yīng)用提供靈活的OBC和基礎(chǔ)設(shè)施充電解決方案。