碳化硅功率器件在车载充电机OBC中的应用2

3.2 碳化硅MOSFET在OBC中的应用**

在单相交流输入的OBC应用中，DC/DC的前段需要使用开关管将直流电压逆变成交流电压。

由于PFC输出的直流电压在400V以下，且系统功率不超过6.6kW，选择650V、20A的开关管即可。

在650V 20A的档位的开关管中，CoolMOSTM导通电阻和输入电容QC在硅基产品中处于领先地位。

650V碳化硅MOSFET跟650V CoolMOSTM相比，虽然其导通电阻和输入电容都有一定的优势。

但价格要比同规格CoolMOSTM高3-5倍，实际应用中CoolMOSTM在此市场中占据着主导地位。

缩短充电时间和提升动力电池电压是新能源汽车发展的两个主要课题。

对于车载充电而言，单相OBC受交流电进线电流限制，功率最大只能做到6.6kW。

采用三相输入的模式可以将目前6.6kW的功率提升到11kW，大幅提升充电速度，电池电压提升对于OBC技术的发展具有重要意义。

迪龙新能源 11KW OBC

输入电压由单相220V AC变成三相380V AC后，PFC电输出级的电压会相应提高到550V左右。

如果采用两电平拓扑结构，650V的CoolMOSTM已经无法满足要求，需要选用900V/1200V的开关管器件。

电池电压的提升，意味着OBC后级输出电压升高，配合目前OBC从单向到双向的发展趋势。

DC/DC次级器件会从目前的650V二极管转变成900V/1200V的开关管。

900V及以上规格CoolMOSTM产品成本较高，性能上与碳化硅MOSFET的差距比650V的器件更大。

因此900V/1200V碳化硅MOSFET在三相11kW OBC中有着广阔的应用前景。

各车载电源厂家已经陆续开始开发三相11kW OBC，首选方案均考虑使用碳化硅MOSFET作为DC/DC输入级开关管。

可以预见，未来三相11kW OBC将会成为碳化硅MOSFET的主要应用场景之一。

图三 双向OBC拓扑简图

结合新能源汽车行业的发展趋势和碳化硅功率器件的特点，碳化硅二极管和MOSFET已经在OBC应用中占据一定市场份额。

未来的市场占比会逐步扩大，具备较为广阔的市场。

-4- 新一代符合OBC应用的碳化硅功率器件

碳化硅功率器件相比硅基器件具有很多优势，但部分技术指标和参数需要进一步提升，才能更好的适用于OBC系统。

4.1 适合OBC应用的新一代碳化硅肖特基二极管

PFC电路是碳化硅二极管在OBC系统中的主要应用电路之一，其对二极管器件的抗浪涌能力要求较高。

相比于硅基二极管，碳化硅二极管的抗浪涌电流能力相对较弱。

如何在保证VF 、IR 、QC等核心参数不变或提升的情况下，提升器件的抗浪涌电流能力是碳化硅二极管发展面临的重要课题之一。

基本半导体推出的适合OBC行业应用的650V 20A碳化硅肖特基二极管（B1D20065HC）。

与国际主流竞争对手相比，主要技术参数与对手处在同一水平线或达到业内领先水平。

图四 碳化硅肖特基二极管与竞品参数对比

4.2 适合OBC应用的新一代碳化硅MOSFET

碳化硅MOSFET开关速度快，开启电压Vth相比硅MOS要低不少。

如何降低碳化硅MOSFET在高频应用中的误动作风险，是工程师在应用中碰到的最大问题。

如图五、六所示，采用开尔文封装工艺，将传统的TO-247-3封装变成TO-247-4封装，可实现碳化硅MOSFET功率源极和驱动源极分开。

有效降低碳化硅MOSFET关断时L*di/dt对碳化硅MOSFET栅极的影响，降低MOSFET误动作的风险。

图五 TO-247-3封装碳化硅MOSFET关断过程

图六 TO-247-4封装碳化硅MOSFET关断过程

对于OBC而言，作为车载产品，其可靠性要求高于工业品。

从产品可靠性的角度出发，各大车载电源制造商已开始逐步加大OBC系统中车规级器件的比例，碳化硅器件正是其中之一。