为电动汽车充电桩打造高效解决方案

全球能源短缺和大气污染问题日益严峻，汽车产业绿色低碳发展已成为降低全社会碳排放、增强国家竞争力的有效手段。本期，我们来看一下一直致力于技术创新，研发各种高效、高品质的功率器件，为大功率智能充电站提供安全可靠的解决方案的功率半导体厂商——罗姆在支持绿色出行、助力全面低碳社会的可持续发展方面输出了哪些能量。

缩短充电时间的高输出挑战

对电动汽车车主来说，缩短充电时间是非常重要的诉求，而大功率充电是其中关键的支撑技术。提升续航距离需要増加电池容量，为缩短充电时间，需要高输出能力的充电桩，如360kW的充电桩要搭载9个40kW的电源模块。在电路拓扑方面，单向充电桩使用三相Vienna整流LLC电路。基于纯电动车对电网、家庭供电的需求，双向充电桩也趋于使用三相B6-PFC+双有源桥电路。

图1. Vienna PFC+LLC电路和器件示例

无论哪一种充电桩，随着输出功率的提高，制造商在追求品质的同时也在追求高效化和热管理。根据使用器件的不同，罗姆提供两类充电桩解决方案：一是碳化硅器件解决方案，适用于追求高效、小型化的大功率充电桩；二是硅器件解决方案，包括相对于碳化硅器件来说性价比较好的超级结MOS和IGBT。

·针对单向充电桩：面向大功率Vienna PFC+LLC电路拓扑的方案
Vienna整流＋LLC构成了充电桩的基本电路。如果考虑设备成本，硅器件、FRD（快恢复二极管）方案更适用；如果需要高功率密度和高效率，则推荐使用碳化硅 MOS/SBD方案。

PFC部分更适合使用碳化硅器件，理由有二：其一，高温时导通电阻增加较少，能实现高效率，同时可抑制发热，使用更小的散热板；其二，碳化硅器件的恢复损耗非常小，开关损耗较小，能够提高工作频率，有助于输入线圈的小型化。

其次，对于LLC部分，罗姆通过高耐压1200V 碳化硅MOS来削减部件个数。通过将1200V 碳化硅MOS应用于LLC部分，可以将Stack型的LLC电路变更为下述Single型。具备高耐压、高速开关特点的碳化硅器件给Single LLC带来以下优点：减少功率器件数量，节省空间，简化电路，降低故障率；减少控制元件数量，简化驱动电路，减少MCU使用数、减少端口数。

·针对双向充电桩：面向三相B6-PFC电路拓扑的解决方案
罗姆针对双向充电桩的三相B6-PFC拓扑的方案使用1200V 碳化硅MOS，它具有以下优点：受高温影响小；高速恢复性能有助于可实现输入线圈、绝缘变压器的小型化；抑制偏共振时的破坏风险。

图2. Vienna PFC 拓扑推荐器件

·针对充电桩二次电源系统的解决方案
针对充电桩系统中的二次部分（控制器，驱动部分），罗姆也有非常多的产品可供选择，其中在电源方面，有电源树形式的提案，从HV-DCDC到DCDC或LDO。

罗姆的降压型DC/DC转换器IC“BD9G500EFJ-LA”高耐压、大电流、内置MOSFET，既可实现小型高效，又确保即使受到雷电等突发性浪涌电压也不会损坏，同时以大电流支持更多的功能。

该产品是非隔离型DC/DC转换器IC，采用BiCDMOS高耐压工艺，可提供先进工业设备所需的电源功能。适用于48V电源系统，具有超高的80V耐压，安全工作范围更宽，与同等输出电流的普通产品相比，耐压提高了约20％。其足够的余量可以应对突发性浪涌电压，有助于提高应用的可靠性。

图3. 电源树形式的提案

此外，其还实现了耐压60V以上DC/DC转换器IC中超高的5A最大输出电流，有助于实现更多功能的小型化充电桩。另外，内置低损耗MOSFET可在2A至5A宽输出电流范围内实现高达85%的功率转换效率，更加节能。

重点支持三项技术
在客户开发流程的各个阶段，罗姆除了提供包括器件选型、电路设计、电路验证，到基板设计和实机验证在内的全方位应用支持，还特别针对客户在产品设计中比较花费工夫的3项技术提供重点支持：

·热设计支持
通过包括印刷板在内的热模拟，可以在PCB发板之前验证热设计。如果发生热问题，可以通过实测和模拟提出改进建议。

·EMC（噪音）设计支持
在构想、设计、试制阶段，由支持过众多用户、有丰富经验的工程师进行分析，解决EMC问题。

·仿真技术支持
仿真工具ROHM Solution Simulator可以简单轻松地进行电路仿真和系统验证。在接近实际环境的解决方案电路中，同时验证碳化硅功率元器件和驱动IC，从而显著缩短应用开发周期。

本文来源：罗姆

来源：荣格-《国际汽车设计及制造》


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