泰科天润：SiC器件助力电动汽车充电模块

　　随着新能源汽车市场的增长，与之配套的充电需求也随之增长。今年3月4日，中共中央政治局常务委员会召开会议，研究当前新冠肺炎疫情防控和稳定经济社会运行重点工作，要加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。新能源充电桩纳入新基建，成为国家基础设施建设的重点。在4月10日的国务院联防联办发布会上，中国家发展改革委产业发展司副司长蔡荣华表示，从行业协会摸底调查的情况来看，预计今年全年能够完成投资100亿元左右，新增公共桩大概20万个左右，新增私人桩大概能超过40万个，公共充电站达到4.8万座。借助新基建带来的机遇，充电桩市场建设速度有望加快。

　　图源：21世纪经济报道

　　目前的新能源汽车充电方式有两类：“快充”和“慢充”，“慢充”需要交流充电桩，“快充”则需要直流充电桩，而为了获得更好的充电体验，兼容更多的充电场景，“快充”方案越来越多的得到市场的关注。作为“快充”方案直流充电桩的重要组成部分——充电模块，越来越面对来自效率性能、运维成本、功率密度等多方面的压力。

　　作为一种典型的电力变换装置，很多厂商都参与到这个市场的角逐， 目前，由于直流充电桩所接入的市电，多数为三相电，所以充电模块也多匹配于三相输入。主流的充电模块一般为“前级PFC+后级DC-DC”的电路结构。对于前级PFC而言，针对三相输入，绝大部分厂家都采用VIENNA结构或基于VIENNA的变种结构。对于后级DC-DC而言，多采用移相全桥或LLC以及基于其的变种结构。

　　泰科天润面对充电模块等客户对于效率性能、运维成本、功率密度等多方面的需求，基于现行的各种拓扑，量产了1200V多种封装形式的SiC二极管系列产品，见表1。针对其他应用也有1200V2A/3A/5A/8A/10A/50A TO252/TO263/TO220AC/TO247等电流产品对应。

　　表1 泰科天润1200V系列产品选型表   备注：*单只脚　　

　　一、拓扑

　　推荐使用泰科天润1200V系列SiC二极管产品的充电模块拓扑：

　　● 前级PFC拓扑

　　01　三相三线制三电平VIENNA（主流选择）：

　　02　两路交错并联三相三线制三电平VIENNA：

　　03　单路交错式三相三线制三电平VIENNA：

　　● 后级DCDC拓扑

　　01　两组交错式并联二电平全桥LLC：

　　02　三电平全桥移相ZVS：

　　03　三电平全桥LLC：

　　04　两组交错式并联二电平全桥移相ZVZCS：

　　从上述内容可以看出，SiC二极管一般应用于直流充电桩的充电模块产品中，作为VIENNA PFC的高频二极管和DC-DC次级整流二极管。

　　二、选择

　　01　前级PFC选择

　　从经济角度来看，全SiC 的VIENNA PFC方案，成本仍较高，现阶段不是一个合理的选择；传统前级PFC方案中由于1200V Si的快恢复二极管特性较差，可以考虑用反向恢复特性更好的SiC二极管替换，与Si MOSFET配合使用，可同时降低高频二极管与Si MOSFET的温升，提升VIENNA PFC的性能；

　　02　后级DC/DC选择

　　■ 对于移相全桥技术方案的DC/DC变换器，由于次级整流二极管存在反向恢复的工况，无论是1200V还是650V规格，应用SiC二极管均可大大优化整流二极管的关断损耗，提升DC/DC的性能。

　　■ 对于LLC技术方案的DC/DC变换器，由于输出整流二极管开关状态较优，在输出拓扑串联的方案，用600/650V超快恢复二极管即可满足损耗/效率的要求；对于输出并联的方案，由于1200V的Si的快恢复二极管特性较差、导通压降也较高，选用性能更优的SiC二极管进行替换后，在通态损耗和开关损耗上均有提升，可提高DC/DC的性能。（如附录1所示）

　　三、附录

　　两电平全SiC LLC变换器效率测试：

　　● 测试目的：

　　评估碳化硅二极管在两电平全SiC LLC变换器中应用；

　　● 测试设备：

　　PA5000H 功率分析仪；可编程交流电源；干式电阻负载柜；

　　● 测试平台：

　　两电平全SiC LLC变换器测试平台；

　　● 开关频率：

　　150kHz-400kHz；

　　● 测试条件：

　　输入电压800VDC，输出电压750VDC，工作温度25℃；

　　● 应用器件：

　　G5S12030B（1200V/30A SiC二极管双管并联）；

　　● 电路原理：

　　● 测试场景：

　　● 测试数据：

　　● 效率曲线：