高能效车载充电方案

安森美半导体作为汽车功能电子化的领袖之一，为电动汽车OBC和直流充电桩提供碳化硅(SiC) MOSFET、超级结MOSFET、IGBT和汽车功率模块(APM)等广泛的产品阵容乃至完整的系统方案，以专知和经验支持设计人员优化性能，加快开发周期。本文将主要介绍针对主流功率等级的高能效OBC方案。

典型的OBC系统架构和功率等级

1个典型的OBC由多个级联级组成，包括功率因数校正(PFC)、DC-DC转换器、次级整流、辅助电源、控制及驱动电路。

图1：典型的OBC系统架构

OBC具有多种功率等级，功率等级越高，充电时间就越短。车厂必须根据整车要求定义适当的OBC功率等级。这些OBC需要大功率的交流电源，根据OBC的设计，由单相或三相电源供电。最流行的OBC功率等级是3.3kW、6.6kW、11kW和22kW;每一个对应于不同的常见交流功率等级，如表1所示。安森美半导体可提供单相3.3 kW、6.6 kW和三相11 kW OBC方案。

功率等级交流电源配置

3.3 kW单相120 V / 30 A1个3.3 kW转换器

6.6 kW单相240 V / 30 A1个6.6 kW转换器

11 kW三相440 V / 15 A3个3.3 kW转换器

22 kW三相440 V / 30 A3个3.3 kW转换器

三相11 kW 车载充电器平台SEC-3PH-11-OBC-EVB

SEC-3PH-11-OBC-EVB是安森美半导体新推出的三相11 kW PFC-LLC OBC平台，采用符合AEC-Q101的 SiC功率器件和驱动器，包括1200 V、80mΩ NVHL080N120SC1高性能SiCMOSFET、6 A SiC MOSFET门极驱动器NCV51705和650 V、30 A SiC二极管 FFSB3065B-F085，系统能效超过95%。该套件采用模块化方法，配备用户友好的图形用户接口(GUI)，从而简化和加快评估。LLC系统由嵌入式软件以电压或电流控制模式驱动。该平台展示SiC器件用于OBC可提供的高能效、高功率密度、小占位优势，也可作为开发3相PFC-LLC拓扑系统的学习环境。该套件的关键参数为：输入电压195至265 Vac，直流总线电压最大值735 Vdc，输出电压200至450 Vdc，输出电流0至40 A，最高频率fs 400 kHz。

图2：安森美半导体的三相11 kW OBC 套件

6.6 kW OBC参考设计

该6.6 kW OBC参考设计采用三通道交错式PFC-LLC以获得高能效和高功率密度，并减少电流纹波，总线电压可根据输出电压调节以优化能效。输入电压90至264 Vac，输出电流0至16 A，典型能效94%。关键器件包括超级结MOSFET NVHL040N65S3F、NTPF082N65S3F，650 V、30 A SiC二极管FFSP3065A、PFC控制器FAN9673、LLC控制器FAN7688等。

高能效的IGBT应对电动汽车车载充电的重要趋势：双向充电

在电动汽车电池和建筑物或电网之间进行双向充电(V2X)将成为电动汽车车载充电的重要趋势。双向充电应考虑充放电能效，以确保转换时不浪费能量，需要图腾柱无桥PFC，此时，反向恢复性能至关重要。集成外部SiC二极管的IGBT比MOSFET方案提供更高能效，因为没有相关的正向或反向恢复损耗。如图3是双向充电的电路图，对于K3和K4，需要快速开关、低饱和压降Vcesat、低正向电压Vf的器件。安森美半导体提供宽广的符合AEC车规的IGBT系列，包括650 V/750 V/ 950 V 第4代沟槽场截止IGBT和1200 V超高速沟槽场截止IGBT，具备更低的损耗和更高的功率密度，以及集成SiC二极管的混合IGBT方案AFGHL50T65SQDC。