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傾佳電子壁掛式直流充電樁的架構(gòu)演進與半導體技術前沿:拓撲、趨勢及SiC MOSFET應用價值深度解析

楊茜 ? 來源:jf_33411244 ? 作者:jf_33411244 ? 2025-10-21 09:54 ? 次閱讀
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傾佳電子壁掛式直流充電樁的架構(gòu)演進與半導體技術前沿:拓撲、趨勢及SiC MOSFET應用價值深度解析

傾佳電子(Changer Tech)是一家專注于功率半導體和新能源汽車連接器的分銷商。主要服務于中國工業(yè)電源、電力電子設備和新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈。傾佳電子聚焦于新能源、交通電動化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型三大方向,并提供包括IGBT、SiC MOSFET、GaN等功率半導體器件以及新能源汽車連接器。?

傾佳電子楊茜致力于推動國產(chǎn)SiC碳化硅模塊在電力電子應用中全面取代進口IGBT模塊,助力電力電子行業(yè)自主可控和產(chǎn)業(yè)升級!

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET功率器件三個必然,勇立功率半導體器件變革潮頭:

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET模塊全面取代IGBT模塊和IPM模塊的必然趨勢!

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET單管全面取代IGBT單管和大于650V的高壓硅MOSFET的必然趨勢!

傾佳電子楊茜咬住650V SiC碳化硅MOSFET單管全面取代SJ超結(jié)MOSFET和高壓GaN 器件的必然趨勢!

第一部分:緊湊型直流充電系統(tǒng)的功率變換架構(gòu)

本部分旨在深入剖析現(xiàn)代壁掛式直流充電樁的核心功率電子架構(gòu)。我們將系統(tǒng)解構(gòu)為關鍵功能模塊,闡述主流兩級變換方案的必要性,并對各級電路中的前沿拓撲進行深度分析。

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1.1 兩級功率變換框架

壁掛式直流充電樁在本質(zhì)上是一種連接單相交流電網(wǎng)與電動汽車直流電池的功率變換器。為了滿足電能質(zhì)量、電氣安全及電池充電協(xié)議等一系列嚴苛要求,該過程必須采用一個兩級級聯(lián)的變換架構(gòu) 。

第一級:AC-DC功率因數(shù)校正(PFC

前端PFC級的主要任務是整流輸入的交流電壓,并至關重要地,將輸入電流整形為與電網(wǎng)電壓同相位的正弦波。這確保了接近單位值的功率因數(shù),并最大限度地減少了注入電網(wǎng)的諧波污染,這是全球電力法規(guī)的強制性要求 。此級電路的輸出是一個穩(wěn)定的高壓直流母線,對于單相輸入系統(tǒng),該電壓通常穩(wěn)定在400V左右 。

第二級:隔離式DC-DC變換

后端DC-DC級從PFC級獲取高壓直流電,并將其精確轉(zhuǎn)換為電動汽車電池所需的特定直流電壓。電氣隔離是此級的核心安全特性,它通過高頻變壓器杜絕了高壓電網(wǎng)與車輛底盤之間的任何直接電氣連接,保障了人身與設備安全 。此外,該級電路還負責根據(jù)車輛電池管理系統(tǒng)(BMS)的指令,對充電電壓和電流進行精密調(diào)節(jié)。

1.2 高效PFC拓撲的技術演進

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傳統(tǒng)Boost PFC(基準模型)

多年來,傳統(tǒng)Boost PFC一直是功率因數(shù)校正設計的“主力軍” 。它采用一個全橋二極管整流器,后接一個標準的Boost升壓電路。盡管其結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性強,但其主要瓶頸在于整流橋中固有的導通損耗——在任何時刻,電流路徑上總有兩個二極管處于導通狀態(tài)。這部分損耗是固定存在的,為系統(tǒng)效率設定了一個難以逾越的天花板,尤其是在功率等級提升時,這一問題愈發(fā)突出 。

無橋圖騰柱(Totem-Pole)PFC(前沿方案)

圖騰柱拓撲通過徹底移除二極管整流橋,實現(xiàn)了效率上的巨大飛躍,是當前最先進的PFC架構(gòu)之一 。

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工作原理:該拓撲由兩個半橋橋臂構(gòu)成。其中一個橋臂(“慢速臂”)工作在電網(wǎng)頻率(50/60 Hz),通常采用低導通電阻的硅基(Si)MOSFET或IGBT,負責對交流電壓進行同步整流。另一個橋臂(“快速臂”)則以極高的開關頻率(例如65-100 kHz)工作,執(zhí)行電流整形和電壓升壓的核心PFC功能 。

寬禁帶半導體的賦能作用:為了在高功率設計中首選的連續(xù)導通模式(CCM)下穩(wěn)定運行,快速臂的開關器件必須具備極佳的體二極管反向恢復特性。傳統(tǒng)硅基MOSFET的體二極管存在嚴重的反向恢復問題,其緩慢的關斷速度和巨大的反向恢復電荷($Q_{rr}$)會在硬開關換相時導致巨大的開關損耗,甚至引發(fā)器件的災難性失效。這正是碳化硅(SiC)MOSFET成為關鍵賦能技術的原因。SiC MOSFET的體二極管具有幾乎為零的反向恢復電荷,使其能夠完美勝任CCM模式下圖騰柱PFC快速臂的嚴苛工作要求,從而實現(xiàn)超高效率 。因此,圖騰柱PFC的廣泛應用并非簡單的電路設計選擇,而是由SiC MOSFET等寬禁帶半導體器件的商業(yè)化成熟所催生的系統(tǒng)性變革。

內(nèi)在的雙向能力:圖騰柱PFC的對稱結(jié)構(gòu)使其天然具備雙向工作的能力。通過對開關器件進行相應的控制邏輯調(diào)整,能量即可從直流母線反向流回交流電網(wǎng)。這一特性是實現(xiàn)車輛到電網(wǎng)(Vehicle-to-Grid, V2G)功能的技術基石 。

1.3 高頻隔離式DC-DC變換器拓撲

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LLC諧振變換器

在單向充電應用中,LLC變換器是DC-DC級的熱門選擇 。它利用一個由諧振電感($L_r$)、勵磁電感($L_m$)和和諧振電容($C_r$)組成的諧振網(wǎng)絡,能夠在很寬的負載范圍內(nèi)為主邊開關管實現(xiàn)零電壓開通(ZVS)。這種軟開關技術極大地降低了開關損耗,使其成為高頻SiC MOSFET的理想搭檔,能夠?qū)崿F(xiàn)超過98%的極高變換效率。由SiC器件帶來的高頻工作能力,使得LLC變換器的磁性元件(變壓器、電感)尺寸得以大幅縮小,這是提升緊湊型充電樁功率密度的核心驅(qū)動力 。

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雙有源橋(DAB)變換器

對于需要雙向能量流動的充電樁,雙有源橋(DAB)是業(yè)界領先的拓撲結(jié)構(gòu) 。它由兩個有源全橋電路(分別位于變壓器原邊和副邊)通過一個高頻變壓器耦合而成。能量的流動方向和大小通過控制兩個橋臂之間的相移角來精確調(diào)節(jié)。其對稱的結(jié)構(gòu)使其天然支持雙向能量傳輸,并且同樣可以實現(xiàn)ZVS軟開關,保證了極高的雙向變換效率。DAB是構(gòu)建具備V2G功能的充電樁設計的核心技術 。

整個功率變換鏈路的設計體現(xiàn)了一種系統(tǒng)協(xié)同效應。一個基于SiC的、運行在100 kHz的高效圖騰柱PFC級,能夠產(chǎn)生一個電壓紋波極低的高品質(zhì)400V直流母線 。這個穩(wěn)定的輸入為后級的LLC或DAB變換器創(chuàng)造了理想的工作條件,使其同樣可以被優(yōu)化用于高頻工作。這進一步縮小了其磁性元件的尺寸,形成了一種協(xié)同效應:第一級的技術優(yōu)勢為第二級的進一步優(yōu)化和小型化鋪平了道路。這種貫穿整個功率鏈路的高頻化設計理念,正是實現(xiàn)“壁掛式小直流充電樁”這種緊湊外形的關鍵所在。

第二部分:SiC MOSFET在高效功率變換中的革命性影響

本部分將通過詳實的數(shù)據(jù)和深入的分析,闡述為何SiC MOSFET在直流充電樁應用中,相較于傳統(tǒng)的硅基功率器件(特別是Si IGBT),具有根本性的性能優(yōu)勢。分析將從材料物理特性出發(fā),深入到器件級的性能指標量化,最終落腳于系統(tǒng)級的應用價值。

2.1 碳化硅(SiC)的根本材料優(yōu)勢

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寬禁帶隙:SiC的禁帶寬度約為硅的3倍(3.26 eV vs 1.12 eV)。這使得SiC器件能夠在更高的電壓、更高的溫度和更高的頻率下可靠工作而不會發(fā)生擊穿。

高臨界擊穿場強:SiC能夠承受比硅高出近10倍的電場強度。這意味著在相同的耐壓等級下,SiC器件的漂移層可以做得更薄,從而顯著降低器件的導通電阻($R_{DS(on)}$)。

高熱導率:SiC的導熱能力是硅的3倍以上 。優(yōu)異的散熱性能意味著器件結(jié)產(chǎn)生的熱量可以更高效地導出,這不僅允許器件在更高的結(jié)溫下工作,提升了系統(tǒng)的可靠性,更重要的是,它使得散熱系統(tǒng)的設計得以簡化和小型化(例如,使用更小的散熱器甚至實現(xiàn)無風扇的自然冷卻設計)。

與Si IGBT的對比:作為高壓大功率應用的傳統(tǒng)選擇,IGBT是一種雙極型器件,其關斷過程中存在由少數(shù)載流子復合引起的“拖尾電流”,這從根本上限制了其有效開關頻率,通常在幾十千赫茲的水平。而SiC MOSFET是單極型器件,不存在拖尾電流,其開關速度比IGBT快一個數(shù)量級(可達數(shù)百千赫茲),同時開關損耗也急劇降低 。

2.2 性能增益的量化分析

為了具體量化SiC MOSFET的性能優(yōu)勢,我們以基本半導體(BASIC Semiconductor)的B3M040065Z為例,并將其與業(yè)界主流的同規(guī)格競品進行橫向?qū)Ρ取?/p>

表1:650V/40mΩ級別SiC MOSFET關鍵性能指標對比

參數(shù) 測試條件 BASIC B3M040065Z CREE C3M0045065K ST SCT040W65G3-4 單位 數(shù)據(jù)來源
$R_{DS(on)}$ @ 25°C $V_{GS}$=18V/15V, $I_D$=20A 40 (typ @ 18V) 45 (typ @ 15V) 45 (typ @ 18V) 18
$R_{DS(on)}$ @ 125°C $V_{GS}$=18V/15V, $I_D$=20A ~43 (typ @ 18V) ~52 (typ @ 15V) ~53 (typ @ 18V) 18
$R_{DS(on)}$ @ 175°C $V_{GS}$=18V/15V, $I_D$=20A 55 (max @ 18V) 61 (typ @ 15V) ~61 (typ @ 200°C) 18
總柵極電荷 ($Q_G$) $V_{DS}$=400V, $I_D$=20A 60 (typ) 63 (typ) 37.5 (typ) nC 18
開通損耗 ($E_{on}$) @ 25°C $V_{DS}$=400V, $I_D$=20A 144 146 82 ($R_G$=15Ω) μJ 18
關斷損耗 ($E_{off}$) @ 25°C $V_{DS}$=400V, $I_D$=20A 42 54 75 ($R_G$=15Ω) μJ 18
總開關損耗 ($E_{total}$) @ 25°C $V_{DS}$=400V, $I_D$=20A 186 200 157 ($E_{on}$+$E_{off}$) μJ 18
$E_{on}$ @ 125°C $V_{DS}$=400V, $I_D$=20A 132 136 N/A μJ 18
$E_{off}$ @ 125°C $V_{DS}$=400V, $I_D$=20A 34 55 N/A μJ 18
$E_{total}$ @ 125°C $V_{DS}$=400V, $I_D$=20A 166 191 N/A μJ 18
反向恢復電荷 ($Q_{rr}$) @ 25°C $V_{DS}$=400V, $I_{SD}$=20A 0.16 0.17 0.083 μC 18
反向恢復峰值電流 ($I_{rrpeak}$) @ 25°C $V_{DS}$=400V, $I_{SD}$=20A -8.74 -8.94 -9.0 A 18

注:不同廠商測試條件(如柵極電阻$R_G$)可能存在差異,對比時需注意。

性能指標分析

導通與開關損耗:B3M040065Z展現(xiàn)出極具競爭力的性能。盡管其柵極電荷($Q_G$)高于ST的器件,但在高溫125°C下的總開關損耗($E_{total}$)在測試的器件中是最低的(166 μJ,而CREE為191 μJ)18。這表明該器件在柵極電荷與開關速度之間取得了優(yōu)化的平衡,這是MOSFET設計中的關鍵權(quán)衡。尤其值得注意的是,其關斷損耗($E_{off}$)在高溫下表現(xiàn)出顯著的下降趨勢(從25°C的42 μJ降至125°C的34 μJ),這對于在實際工作條件下保持高效率是一個非常理想的特性。

反向恢復性能:所有SiC器件的反向恢復電荷($Q_{rr}$)和峰值電流($I_{rrpeak}$)與硅基MOSFET相比都極低。B3M040065Z在25°C下的$Q_{rr}$為0.16 μC,$I_{rrpeak}$為-8.74 A 。正是這種近乎為零的反向恢復特性,使得圖騰柱PFC的快速臂能夠在硬開關狀態(tài)下高效工作,而不會產(chǎn)生巨大的損耗。

2.3 系統(tǒng)級影響:以B3M040065Z為例

PFC仿真分析:一份采用B3M040065Z的3.6kW無橋PFC的PLECS仿真,為我們提供了系統(tǒng)級優(yōu)勢的直接證據(jù) 。

在220Vac輸入、3.6kW輸出的工況下,單個MOSFET的總損耗僅為9.63W(其中導通損耗5.92W,開關損耗3.71W)。

在散熱器溫度為90°C的條件下,器件的最高結(jié)溫預計僅為105.49°C,遠低于其175°C的極限工作結(jié)溫。

這一仿真結(jié)果揭示了更深層次的系統(tǒng)級價值。SiC器件優(yōu)異的導熱性能(B3M040065Z的結(jié)殼熱阻$R_{th(j-c)}$為0.6 K/W,優(yōu)于部分競品的>0.85 K/W )與更低的總損耗相結(jié)合,不僅僅意味著可以使用更小的散熱器,它從根本上改變了熱管理的范式。它使得在更高功率等級(如3.3-7.7kW)的壁掛式充電樁中,采用無風扇的被動散熱(自然對流)成為可能。這就消除了風扇這一主要的噪聲源、機械故障點以及灰塵和濕氣的入口。因此,SiC技術的應用,直接催生了體積更小、運行更安靜、可靠性更高、防護等級(IP等級)也更高的充電樁產(chǎn)品,這些都是住宅和商業(yè)壁掛式充電樁的核心價值主張。

此外,SiC MOSFET的低閾值電壓($V_{GS(th)}$)特性(例如B3M040065Z的$V_{GS(th)}$從25°C的2.7V下降到175°C的1.9V )雖然使其對柵極噪聲更為敏感,但也為其并聯(lián)應用帶來了便利。然而,這種敏感性也直接導致了米勒效應引發(fā)的寄生導通風險增加。在半橋電路中,當一個MOSFET高速開通時,其急劇變化的漏源電壓(高$dv/dt$)會通過另一個(處于關斷狀態(tài))MOSFET的米勒電容($C_{rss}$)注入一股電流,在柵極回路上產(chǎn)生一個電壓尖峰。如果這個尖峰超過了器件的低$V_{GS(th)}$,就會導致該器件被錯誤地短暫開通,引發(fā)上下橋臂直通,這通常是毀滅性的。因此,SiC的優(yōu)異性能與其帶來的設計挑戰(zhàn)是相伴相生的,這也直接引出了下一章節(jié)將要討論的先進柵極驅(qū)動技術的重要性。

第三部分:關鍵技術與市場發(fā)展趨勢

本部分將技術分析置于不斷演進的電動汽車充電市場大背景之下,探討宏觀趨勢如何塑造充電樁的設計理念和技術選型。

3.1 向高功率、高電壓充電的不可逆轉(zhuǎn)之勢

市場驅(qū)動力:為了緩解用戶的“里程焦慮”并盡可能復刻傳統(tǒng)燃油車的加油體驗,整個行業(yè)正迅速向“超快充”方向發(fā)展 。這一趨勢的技術基礎是電動汽車電池平臺從400V向800V甚至更高電壓的遷移 。根據(jù)功率公式$P=U times I$,高電壓平臺允許在不使用過高電流的情況下實現(xiàn)大功率充電,從而避免了采用粗重、昂貴且散熱困難的充電電纜 。

技術響應:這一趨勢直接推動了對更高功率充電模塊(從15-20kW發(fā)展到30-40kW甚至更高)和更高耐壓等級功率器件的需求 。對于單相充電樁的PFC級和面向400V電池系統(tǒng)的DC-DC級,650V/750V的SiC MOSFET是理想選擇 。而對于800V及以上的電動汽車架構(gòu),為了保證足夠的電壓裕量,DC-DC變換級的功率器件耐壓需達到1200V甚至1700V 。這使得1200V等級的SiC MOSFET,如B3M040120Z,成為下一代快速充電樁的關鍵核心器件 。

功率密度:功率的提升絕不能以犧牲體積為代價。功率密度(kW/L或kW/kg)已成為衡量充電樁先進性的關鍵指標,對于壁掛式和模塊化系統(tǒng)尤為重要 。SiC器件的高頻工作能力通過縮小無源器件(電感、變壓器)的體積,成為實現(xiàn)高功率密度的首要技術途徑 。

3.2 雙向化:從充電設備到電網(wǎng)資產(chǎn)(V2G/V2H)

概念定義:V2G技術將停泊的電動汽車從一個被動的電力負荷,轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€主動的、分布式的儲能資源(DER)。具備雙向能量流動能力的充電樁,可以在電網(wǎng)需求高峰時將EV電池中的電能回饋給電網(wǎng)(削峰填谷),或用于穩(wěn)定電網(wǎng)頻率、消納過剩的可再生能源 。相關的概念還包括車輛到戶(V2H)和車輛到負載(V2L)。

經(jīng)濟與電網(wǎng)效益:V2G為車主創(chuàng)造了新的價值流,他們可以通過提供電網(wǎng)輔助服務獲得經(jīng)濟補償 。對于電網(wǎng)運營商而言,龐大的V2G車隊相當于一個巨大的虛擬電廠,無需新建化石燃料調(diào)峰電廠即可增強電網(wǎng)的穩(wěn)定性和彈性 。

使能拓撲:如前所述,圖騰柱PFC和DAB等拓撲天然具備雙向能力。SiC MOSFET在這些拓撲中至關重要,因為其在正向和反向?qū)ǎǖ谌笙薰ぷ鳎r均具有極低的導通和開關損耗,確保了極高的“往返效率”,這對V2G模式的經(jīng)濟可行性至關重要 。

3.3 模塊化與可擴展性

行業(yè)實踐:行業(yè)的主流趨勢是開發(fā)標準化的、高功率密度的功率模塊(如15kW, 20kW, 30kW, 40kW),通過將這些模塊并聯(lián),可以靈活地構(gòu)建不同總功率的充電系統(tǒng)(例如,一個120kW的充電樁可由4個30kW的模塊組成)。

優(yōu)勢:這種模塊化方法簡化了產(chǎn)品設計,通過規(guī)模經(jīng)濟效應降低了制造成本,并極大地提高了系統(tǒng)的可維護性(故障模塊可被快速替換)。

SiC的角色:由SiC技術實現(xiàn)的高功率密度是使這些功率模塊足夠緊湊和輕量化的關鍵。一個使用Si IGBT構(gòu)建的30kW模塊,其體積和重量將遠大于使用SiC MOSFET的同類產(chǎn)品,這將導致整個充電樁系統(tǒng)變得笨重,安裝成本也更高。

3.4 SiC應用的關鍵設計考量

先進的柵極驅(qū)動:SiC MOSFET的開關速度極快,伴隨著極高的電壓變化率($dv/dt$)和電流變化率($di/dt$),這對柵極驅(qū)動電路提出了前所未有的挑戰(zhàn)。

米勒效應與寄生導通:如前文分析,高$dv/dt$與低$V_{GS(th)}$的組合使SiC MOSFET極易受到米勒效應引發(fā)的寄生導通影響。

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解決方案:米勒鉗位:專用的SiC柵極驅(qū)動器,如BTD5350M系列,集成了米勒鉗位功能 。該功能在器件關斷后,提供一個從柵極到源極的低阻抗通路,有效地將米勒電流旁路,防止柵極電壓被抬升至開啟閾值。雙脈沖測試數(shù)據(jù)提供了有力的證明:在沒有鉗位的情況下,處于關斷狀態(tài)的器件柵極電壓尖峰高達7.3V;而激活米勒鉗位后,該尖峰被有效抑制到僅2V,遠低于開啟閾值,從而確保了系統(tǒng)安全 。

負壓驅(qū)動:在關斷狀態(tài)下施加一個負的柵極偏壓(例如-4V或-5V),可以為抵抗米勒尖峰和其它柵極噪聲提供額外的安全裕量,進一步保證器件的可靠關斷 。

V2G趨勢的興起不僅僅是增加一項功能,它從根本上重新定義了充電樁的角色和價值。對于制造商而言,這意味著必須從設計之初就考慮雙向拓撲和組件,以實現(xiàn)產(chǎn)品的“未來兼容性”。今天選擇一個僅支持單向的拓撲(如標準Boost PFC),可能會在未來3-5年內(nèi)導致產(chǎn)品線被市場淘汰。而選擇一個基于SiC的圖騰柱PFC + DAB架構(gòu),雖然初始物料清單(BOM)成本可能略高,但它提供了一個為V2G市場做好準備的平臺,代表著遠超眼前的長期投資回報。

同樣,關于SiC與Si IGBT的成本討論常常被過度簡化。雖然SiC MOSFET器件本身的單價可能更高 ,但它所帶來的系統(tǒng)級成本節(jié)約,最終可能導致更低的總BOM成本。SiC帶來的高開關頻率直接減小了無源器件(電感、變壓器、電容)的尺寸和成本,而這部分成本在總成本中占有相當大的比重。此外,更低的發(fā)熱量降低了對散熱系統(tǒng)的要求(更小的散熱器、無需風扇),進一步節(jié)省了成本。因此,全面的成本評估必須在系統(tǒng)層面進行,而非僅僅比較單個功率器件的價格 。

第四部分:戰(zhàn)略洞察與未來展望

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本部分將綜合報告的全部發(fā)現(xiàn),為壁掛式直流充電樁的未來發(fā)展提供可執(zhí)行的策略和前瞻性觀點。

4.1 新一代7kW壁掛式直流充電樁的元器件選型策略

架構(gòu)推薦:綜合分析表明,最優(yōu)架構(gòu)為基于SiC的圖騰柱PFC級 + LLC諧振DC-DC級的組合。該架構(gòu)提供了最高的效率和功率密度,并且通過將LLC級替換為DAB級,為未來的雙向功能升級預留了清晰的路徑。PFC級采用65 kHz左右的開關頻率是一個理想的起點,它在效率和磁性元件尺寸之間取得了良好平衡 。

PFC級元器件選型:對于圖騰柱PFC的快速臂,650V耐壓等級的SiC MOSFET是理想之選。基本半導體的B3M040065Z是一個極具競爭力的候選器件。其在高溫下表現(xiàn)出的低總開關損耗(125°C時為166μJ)18和優(yōu)異的熱阻(0.6 K/W),對于實現(xiàn)緊湊、無風扇的設計至關重要。

DC-DC級元器件選型:后級的LLC變換器同樣應采用如B3M040065Z之類的650V SiC MOSFET,以支持高頻工作,從而維持整個系統(tǒng)的高效率和高功率密度。

深圳市傾佳電子有限公司(簡稱“傾佳電子”)是聚焦新能源與電力電子變革的核心推動者:
傾佳電子成立于2018年,總部位于深圳福田區(qū),定位于功率半導體與新能源汽車連接器的專業(yè)分銷商,業(yè)務聚焦三大方向:
新能源:覆蓋光伏、儲能、充電基礎設施;
交通電動化:服務新能源汽車三電系統(tǒng)(電控、電池、電機)及高壓平臺升級;
數(shù)字化轉(zhuǎn)型:支持AI算力電源、數(shù)據(jù)中心等新型電力電子應用。
公司以“推動國產(chǎn)SiC替代進口、加速能源低碳轉(zhuǎn)型”為使命,響應國家“雙碳”政策(碳達峰、碳中和),致力于降低電力電子系統(tǒng)能耗。
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4.2 最大化SiC性能的設計要務

布局至上:為了應對SiC MOSFET極高的$dv/dt$和$di/dt$,在功率回路和柵極驅(qū)動回路中最大限度地減小寄生電感是設計的重中之重。這要求緊湊的PCB布局,并利用開爾文源極(Kelvin Source)連接(如B3M040065Z的TO-247-4封裝所提供)來解耦功率回路與驅(qū)動回路 。

投資先進的柵極驅(qū)動器:標準驅(qū)動方案已不足以駕馭SiC。必須采用專為SiC設計的柵極驅(qū)動器,它應具備強大的米勒鉗位功能、穩(wěn)定的負壓驅(qū)動能力以及高共模瞬態(tài)抗擾度(CMTI),這是確保系統(tǒng)可靠、安全運行的先決條件 。

系統(tǒng)協(xié)同設計:SiC的優(yōu)勢只有在整個系統(tǒng)都圍繞其特性進行設計時才能被最大化。這意味著功率器件、柵極驅(qū)動器、磁性元件和散熱方案需要協(xié)同設計,以實現(xiàn)比硅基方案更高的工作頻率,從而完全釋放其在功率密度和效率方面的潛力。

4.3 結(jié)論性展望:SiC的必然性

在壁掛式直流充電樁領域,向SiC技術的遷移并非一個“是否”的問題,而是一個“何時”的問題。這項技術在性能上提供了階躍式的提升,完美契合了市場對更小、更快、更高效、更可靠充電解決方案的核心訴求。盡管Si IGBT可能在一些低成本或傳統(tǒng)設計中仍有一席之地,但所有下一代、高性能的設計都將毫無疑問地基于寬禁帶半導體技術。以B3M040065Z等器件為代表的SiC MOSFET,正是實現(xiàn)前沿拓撲、滿足未來市場趨勢的基石。那些能夠深刻理解并熟練掌握SiC設計精髓的企業(yè),必將引領未來十年電動汽車充電基礎設施市場的發(fā)展。

審核編輯 黃宇

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