虽然“耐力焦虑”一直存在，但混合动力、纯电动等各种形式的电动汽车(EV)被越来越多的人接受。为了克服影响利用率的重要障碍，汽车制造商继续努力提高电动汽车的行驶里程，缩短充电时间。充电方式显著影响了电动汽车的易用性和便利性。由于高功率充电站数量有限，相当一部分车主仍然需要依靠车载充电器(OBC)为电动汽车充电。为了提高车载充电器的性能，汽车制造商正在探索碳化硅的使用(SiC)等新技术。本文将探讨车载充电器的重要性，以及半导体开关技术的进步如何将车载充电器的性能提升到一个新的水平。

如今，市场上有各种各样的汽车使用不同的推广系统，包括只有内燃机(ICE)汽车提供动力，混合动力汽车与内燃机和电力系统相结合(xHEV)和纯电动汽车(xEV)。xHEV包括轻度混合动力电动汽车两种不同类型的汽车 (MHEV)全混合动力电动汽车(FHEV)。

MHEV主要依靠内燃机，集成了一个小电池（通常是48V）。然而，MHEV不仅可以依靠电力，而且电机旨在帮助适度降低油耗。

相比之下，FHEV具有更强的灵活性，因为它可以与内燃机和电机无缝结合，其中电机由电池供电（通常工作电压范围为100-300V）。FHEV 制动能量回收技术也可以用来给电池充电，并利用制动过程中捕获的能量来提高效率。

所有xev，包括插电式混合动力电动汽车和纯电池电动汽车(BEV)，都配备了再生制动系统。但是，由于电池容量大，这些汽车在很大程度上依赖于车载充电器进行充电。

图1：现在有各种各样的电动汽车，包括MHEV、FHEV、PHEV和BEV

最简单的充电方式几乎是通过电缆将电动汽车充电器连接到墙上的插座（通常需要接地故障保护）。尽管这种充电方式非常方便，但大多数住宅建筑 一级系统(或J1772标准中定义的SAE) AC 1级)工作功率约1.2kW，充电一小时只能增加5英里的里程[1]。二级系统(或SAE) AC 通常采用电网的多相交流供电，最常见于公共建筑和商业设施。最大功率可达22kW，充电一小时可增加里程90英里。

一级和二级充电器都为电动汽车提供交流电，因此车载充电器是将交流输入转换为直流输出充电电池的关键。目前，市场上部署的大多数充电器都是二级充电器。

大功率DC充电桩一般称为3级，SAE 1级和2级直流充电桩或IEC模式4充电器输出直流电压，无需车载充电器即可直接给电池充电。这类DC充电桩的功率范围从50kW到350kW不等，可在15-20分钟内充电到电池容量的80%左右。考虑到高功率水平和电网基础设施改造的需要，尽管快速充电站的数量正在迅速增加，但仍然相对有限。

目前，许多汽车制造商正在将400V电池改为800V电池。这一转变旨在通过提高系统效率、提高性能、加快充电速度和减少电缆和电池重量来延长电动汽车的范围。

车载充电器分析

车载充电器通常是由功率因子校正的二级电源转换器(PFC)它由隔离DC-DC转换器级组成。需要注意的是，MOSFET，半导体场，效应晶体管，MOS管虽然非隔离配置是可行的，但很少使用。功率因子校正级整流交流电源，将功率因子保持在0.9以上，并生成和调整DC-DC级的总线电压。

在过去的几年里，市场对双向系统的需求显著增加。双向系统允许电动汽车提供从电池到电源的反向功率流，以支持动态平衡电网负载（V2）等各种用途G：车辆到电网或管理电网停电(V2)L：车辆到负载)。

传统的功率因子校正方法包括二极管整流桥和升压转换器的组合。整流桥将交流电压转换为直流电压，而升压转换器负责提高电压。基本电路的增强版采用交错式升压拓扑，通过并联多个转换器级，降低纹波电流，提高效率。这些功率因子通常采用硅技术来校正拓扑，如超结MOSFET和低VF二极管。

随着宽禁带(WBG)新的设计方法可以实现功率开关的出现，尤其是SIC功率开关。这种功率开关开关损耗低，RDS低(on)低反向恢复体二极管的优点。

无桥图腾柱拓扑在中高功率因子校正应用(通常为6.6kW及以上)中越来越受欢迎。如图2所示，在这种拓扑中，慢桥臂(Q5-Q6)以电网频率(50-60Hz)开关，而快桥臂(Q1-Q4)则以更高的频率(通常为65-110kHz)进行电流整形和升压。虽然无桥图腾柱拓扑大大提高了效率，减少了功率元件的数量，但它提高了控制的复杂性。

图2：无桥图腾柱拓扑

DC-DC级通常采用隔离拓扑和变压器隔离，主要目的是根据电池的充电状态调节输出电压。虽然可以采用半桥拓扑，但目前主要采用双有源桥(DAB)转换器方案，如谐振转换器(如LLC)、CLLC）或相移全桥 (PSFB)转换器。近年来，谐振转换器，特别是LLC和CLLC，因其诸多优点而受到广泛关注。具体优点包括宽软开关的工作范围、双向工作能力以及将谐振电感和变压器集成到单功率变压器中的便利性。

图3：双向DC-DC允许电力在用电高峰期返回电网

SiC在车载充电器应用中

SiC通常是400V电池组的首选 650V装置。但对于800V结构，由于电压要求较高，需要使用额定电压为1200V的装置。

SiC被用于车载充电器领域的原因是其各种质量因素(FOM)表现出色。SiC在单位面积的具体RDS(on)、在开关损耗、反向恢复二极管和击穿电压方面具有优势。这些优点使基于SiC的方案在更高的温度下可靠运行。利用这些优异的性能特点，可以实现更高效、更轻的设计。所以系统可以实现更高的功率水平(最高可达22kW)，这是一种基于硅的传统解决方案(例如 IGBT或超结)难以实现。

虽然电动汽车使用更高功率的车载充电器可能不会直接影响汽车的续航里程，但它可以显著缩短充电时间，帮助解决续航焦虑问题。车载充电器的功率在不断提高，以实现更快的充电速度。SiC技术发挥着至关重要的作用，使这些系统更加高效，以确保电网电源的有效转换，避免能源浪费。该技术使人们能够设计出更紧凑、更轻、更可靠的车载充电器系统。

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