EV和HEV充电器中的三相PFC

　　解决与气候变化和控制二氧化碳排放相关的问题的需要正在范围内促进电动（EV）和混合动力（HEV）汽车的使用。这些类型的车辆能够减少甚至消除污染排放，其特点是配备一个或多个电动机和高压 （HV） 电池。如果汽车电池的额定电压大于 60V，则可以视为高压电池。高压电池对于存储移动车辆以及为辅助和附件电路供电所需的能量至关重要。可以通过车载充电器或外部直流转换器（快速充电）进行充电。除了电池之外，还需要 DC-DC 转换器和逆变器为动力总成和其他车辆子系统供电，例如加热、通风、和空调（HVAC）。在图 1 中，我们可以观察典型 EV 和 HEV 动力系统的框图。

　　

　　图 1：典型 EV/HEV 动力系统框图

　　级是功率因数校正电路 （PFC），在本例中连接到三相高压电源。该前端通常通过使用 Vienna 整流器来实现，这是一种基于 PWM 的方法，在需要高效率、低开关损耗和高 EMI/RFI 抗扰度的所有应用中具有多种优势。PFC 后面是一个谐振 LLC DC-DC 初级转换器，耦合到次级 DC-DC 转换器（或整流级），终可以为 HV 电池充电。

　　电动汽车/混合动力汽车充电

　　逐步放弃化石燃料并转向电动和混合动力汽车，不可避免地会对充电站产生更大的需求。快速和超快速充电站能够提供高达 250 kW 的直流电，可在车外将交流电转换为直流电，考虑到所涉及的高功率，以及车辆所涉及的重量和成本，这是一个强制性的解决方案。所需的组件。图 1 中的相同框图适用于快速和超快速充电站。特别是，在图 2 中，我们可以观察通过称为维也纳整流器的经典方案实现的 PFC 级。

　　

　　图 2：Vienna 整流器，三相 PFC 级的经典示例

　　为了实现高效率，保持较低的开关损耗，通常采用高功率 MOSFET、IGBT、功率集成模块 （PIM） 和 SiC 器件，为实现三相 PFC 级提供完整的解决方案。事实证明，Vienna 整流器特别适合实现 PFC 前端，其中功率单向流动（从交流到直流）、开关两端的功率密度高且电压应力低。Vienna 交流转直流整流器提供非常接近单位值的功率因数 （PF）、正弦电流和较低的总谐波失真 （THD）。

　　由于相对于传统硅基器件具有卓越的电气特性，SiC 功率分立器件为实现高效率 PFC 前端提供了解决方案。安森美半导体提供多种 SiC MOSFET 驱动器选择，适用于 PFC、高性能逆变器和大功率电机驱动器等应用。NCP71705 _专为驱动 SiC MOSFET 晶体管而设计，可提供允许栅极电压，以实现尽可能的传导损耗。通过在开启和关闭期间提供高峰值电流，开关损耗也得以化。为了提高可靠性、dV/dt 抗扰度以及更快的关断速度，NCP51705 可以利用其板载电荷泵来生成用户可选的负电压轨。对于隔离应用，NCP51705 还提供外部可访问的 5 V 电源轨，为数字或高速光隔离器的次级侧供电。高功率交流到直流转换器的升压级受益于高效肖特基二极管的使用，例如英飞凌的CoolSiC肖特基二极管 650 V G6CoolSiC？ G6 的第六代碳化硅 （SiC） 肖特基二极管，阻断电压为 650 V。CoolSiCG6 旨在提高效率并实现紧凑的电源设计。CoolSiC？ 肖特基二极管 650 V G6 是一款的 SiC 二极管，可提供的正向电压并获得的效率。正向电压降低的好处在较低的传导损耗中显而易见。CoolSiC？ 肖特基二极管 650 V G6 的正向电压较低，可降低传导损耗，从而有助于实现更高的效率和更低的器件结温。ROHM Semiconductor提供多种适用于高功率汽车级应用的碳化硅器件。SCS220AGHR _例如，肖特基势垒二极管可提供 650V 的反向（击穿）电压，远远超过硅 SBD 的上限。该SiC SBD符合AEC-Q101汽车标准，具有高速开关和超短反向恢复时间。这限度地减少了反向恢复电荷和开关损耗，有助于终产品的小型化。AEC-Q101 提供 20A 的连续正向电流、4 至 140 uA 的反向电流以及 130W 的总功耗。该器件采用 TO-220AC 封装，适用于车载充电器、无线充电器、电动汽车充电器和转换器等应用。