引言

 

全球能源短缺和大氣污染問(wèn)題日益嚴峻，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)綠色低碳發(fā)展已成為降低全社會(huì )碳排放、增強國家競爭力的有效手段。作為領(lǐng)先的功率半導體廠(chǎng)商之一，羅姆一直致力于技術(shù)創(chuàng )新，研發(fā)各種高效、高品質(zhì)的功率器件，為大功率智能充電站提供安全可靠的解決方案，在支持綠色出行的同時(shí)助力全面低碳社會(huì )的可持續發(fā)展。

 

縮短充電時(shí)間的高輸出挑戰

對電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主來(lái)說(shuō)，縮短充電時(shí)間是非常重要的訴求，而大功率充電是其中關(guān)鍵的支撐技術(shù)。提升續航距離需要増加電池容量，為縮短充電時(shí)間，需要高輸出能力的充電樁，如360kW的充電樁要搭載9個(gè)40kW的電源模塊。在電路拓撲方面，單向充電樁使用三相Vienna整流LLC電路?；诩冸妱?dòng)車(chē)對電網(wǎng)、家庭供電的需求，雙向充電樁也趨于使用三相B6-PFC+雙有源橋電路。

 

無(wú)論哪一種充電樁，客戶(hù)都在一如既往地重視高品質(zhì)的同時(shí)，隨著(zhù)輸出功率的提高而追求高效化和熱管理。對此，羅姆以功率器件為中心提供各種解決方案，滿(mǎn)足各種客戶(hù)需求。根據使用器件的不同，羅姆提供兩類(lèi)充電樁解決方案。一是碳化硅器件解決方案，適用于追求高效、小型化的大功率充電樁。二是硅器件解決方案，包括相對于碳化硅器件來(lái)說(shuō)性?xún)r(jià)比較好的超級結MOS和IGBT。

 

·針對單向充電樁：面向大功率Vienna PFC+LLC電路拓撲的方案

Vienna整流＋LLC構成了充電樁的基本電路。如果考慮設備成本，羅姆推薦使用硅器件、FRD（快恢復二極管）方案；如果需要高功率密度和高效率，則推薦使用碳化硅 MOS/SBD方案。

PFC部分更適合使用碳化硅器件，理由有二：其一，高溫時(shí)導通電阻增加較少，能實(shí)現高效率，同時(shí)可抑制發(fā)熱，使用更小的散熱板；其二，碳化硅器件的恢復損耗非常小，開(kāi)關(guān)損耗較小，能夠提高工作頻率，有助于輸入線(xiàn)圈的小型化。作為硅器件解決方案，也可以使用具有高速開(kāi)關(guān)的羅姆SJ-MOSFET“R65xKN系列”以及IGBT“RGW系列”。

 

Vienna PFC拓撲推薦器件

 

其次，對于LLC部分，羅姆通過(guò)高耐壓1200V 碳化硅MOS來(lái)削減部件個(gè)數。通過(guò)將1200V 碳化硅MOS應用于LLC部分，可以將Stack型的LLC電路變更為下述Single型。具備高耐壓、高速開(kāi)關(guān)特點(diǎn)的碳化硅器件給Single LLC帶來(lái)以下優(yōu)點(diǎn)：

? 減少功率器件數量，節省空間，簡(jiǎn)化電路，降低故障率；

? 減少控制元件數量，簡(jiǎn)化驅動(dòng)電路，減少MCU使用數、減少端口數。

 

碳化硅MOS可以實(shí)現Single LLC的優(yōu)勢

 

?針對雙向充電樁：面向三相B6-PFC電路拓撲的解決方案

羅姆針對雙向充電樁的三相B6-PFC拓撲的方案使用1200V 碳化硅MOS，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

? 受高溫影響小

? 高速恢復性能有助于可實(shí)現輸入線(xiàn)圈、絕緣變壓器的小型化

? 抑制偏共振時(shí)的破壞風(fēng)險

 

20kW以下使用1200V開(kāi)關(guān)元器件，例如高效率的碳化硅MOSFET “SCT3xxxKx（1200V/17-95A）”或標準IGBT “RGSxxTSX2”。在20kW以上的應用中，可以選擇全碳化硅功率模塊“BSMxxxD1xPxCxxx/Exxx/Gxxx（1200-1700V/80-600A/Half-Bridge）BSMxxxD1xPxCxxx/Exxx/Gxxx（1200-1700V/80-600A/Half-Bridge）”，實(shí)現雙有源橋諧振變換器（絕緣雙向DC-DC）。

 

 

三相B6-PFC+雙有源橋電路拓撲推薦器件

 

?針對充電樁二次電源系統的解決方案

針對充電樁系統中的二次部分（控制器，驅動(dòng)部分），羅姆也有非常多的產(chǎn)品可供選擇，其中在電源方面，有電源樹(shù)形式的提案，從HV-DCDC到DCDC或LDO。

 

 

電源樹(shù)形式的提案

 

2021年5月，羅姆推出了高耐壓、大電流、內置MOSFET的降壓型DC/DC轉換器IC“BD9G500EFJ-LA”，既可實(shí)現小型高效，又確保即使受到雷電等突發(fā)性浪涌電壓也不會(huì )損壞；同時(shí)以大電流支持更多的功能。

 

新產(chǎn)品是非隔離型DC/DC轉換器IC，采用BiCDMOS高耐壓工藝，可提供先進(jìn)工業(yè)設備所需的電源功能。適用于48V電源系統，具有超高的80V耐壓，安全工作范圍更寬，與同等輸出電流的普通產(chǎn)品相比，耐壓提高了約20％。其足夠的余量可以應對突發(fā)性浪涌電壓，有助于提高應用的可靠性。

 

此外，還實(shí)現了耐壓60V以上DC/DC轉換器IC中超高的5A最大輸出電流，有助于實(shí)現更多功能的小型化充電樁。另外，內置低損耗MOSFET可在2A至5A寬輸出電流范圍內實(shí)現高達85%的功率轉換效率，更加節能。

 

 

與普通產(chǎn)品相比，耐壓提高約20％

 

助客戶(hù)研發(fā)一臂之力

 

在客戶(hù)開(kāi)發(fā)流程的各個(gè)階段，羅姆提供全方位的應用支持，包括器件選型、電路設計、電路驗證，到基板設計和實(shí)機驗證。羅姆還特別針對客戶(hù)在產(chǎn)品設計中比較花費工夫的3項技術(shù)提供重點(diǎn)支持：

 

·熱設計支持

 

通過(guò)包括印刷板在內的熱模擬，可以在PCB發(fā)板之前驗證熱設計。如果發(fā)生熱問(wèn)題，可以通過(guò)實(shí)測和模擬提出改進(jìn)建議。

 

·EMC（噪音）設計支持

 

在構想、設計、試制階段，由支持過(guò)眾多客戶(hù)、有豐富經(jīng)驗的工程師進(jìn)行分析，支持客戶(hù)解決EMC問(wèn)題。

 

·仿真技術(shù)支持

 

客戶(hù)可以利用羅姆官網(wǎng)上的仿真工具ROHM Solution Simulator簡(jiǎn)單輕松地進(jìn)行電路仿真和系統驗證。在接近實(shí)際環(huán)境的解決方案電路中，同時(shí)驗證碳化硅功率元器件和驅動(dòng)IC，從而顯著(zhù)縮短應用開(kāi)發(fā)周期。

 

綠色，“充”向未來(lái)

 

作為全球功率半導體特別是碳化硅技術(shù)創(chuàng )新的領(lǐng)導者之一，羅姆持續提供安全可靠的功率半導體解決方案，來(lái)滿(mǎn)足各種場(chǎng)景電動(dòng)汽車(chē)充電需求。未來(lái)，羅姆將積極推動(dòng)技術(shù)創(chuàng )新，為構建綠色、智能、安全的充電生態(tài)提供更多安全可靠的充電解決方案，助力全面低碳社會(huì )的可持續發(fā)展。