日趨嚴(yán)格的CO2排放標(biāo)準(zhǔn)以及不斷變化的公眾和企業(yè)意見在加速全球電動汽車(EV)的發(fā)展。這為車載充電器(OBC)帶來在未來幾年巨大的增長空間,，根據(jù)最近的趨勢,，到2024年的復(fù)合年增長率(CAGR(TAM))估計(jì)將達(dá)到37.6%或更高,。對于全球OBC模塊正在設(shè)計(jì)中的汽車，提高系統(tǒng)能效或定義一種高度可靠的新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已成為迫在眉睫的挑戰(zhàn),。

用于單相輸入交流系統(tǒng)的簡單功率因數(shù)校正(PFC)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(圖1)是個傳統(tǒng)的單通道升壓轉(zhuǎn)換器,。該方案包含一個用于輸入交流整流的二極管全橋和一個PFC控制器，以增加負(fù)載的功率因數(shù),，從而提高能效并減少施加在交流輸入電源上的諧波,。這種流行的PFC升壓拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡單，實(shí)施成本低且性能可靠,。然而,，二極管橋式整流器的導(dǎo)通損耗是不可避免的，且這將不支持車輛向AC電網(wǎng)提供電能的雙向運(yùn)行,。采用多通道交錯式傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器,，對升壓電路進(jìn)行多次迭代，可改善某些系統(tǒng)性能參數(shù),，但并不能省去輸入二極管橋,。

圖1：傳統(tǒng)的PFC

仿真數(shù)據(jù)(圖2)表面，在PFC塊中,，輸入二極管橋的功率損耗比其他所有元器件損耗都要大,。

圖2： PFC中的功率損耗分布

為了提高OBC系統(tǒng)的能效，人們研究了不同的PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，包括傳統(tǒng)PFC,、半無橋PFC、雙向無橋PFC和圖騰柱無橋PFC,。其中,，圖騰柱PFC(圖3)由于減少了元器件數(shù)量，降低了導(dǎo)通損耗,，且能效高,，因而廣受歡迎。

圖3：無橋圖騰柱PFC

傳統(tǒng)的硅(Si) MOSFET很難在圖騰柱PFC拓?fù)渲械倪B續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)下工作,，因?yàn)轶w二極管的反向恢復(fù)特性很差,。碳化硅(SiC) MOSFET采用全新的技術(shù)，比Si MOSFET具有更勝一籌的開關(guān)性能,、極小的反向恢復(fù)時間,、低導(dǎo)通電阻RDS(on)和更高的可靠性。此外,，緊湊的芯片尺寸確保了器件的低電容和低門極電荷(QG),。

設(shè)計(jì)OBC的另一個挑戰(zhàn)是，車輛中分配給模塊的空間有限,。在功率要求和電池電壓不斷提高的同時,，設(shè)計(jì)既能滿足機(jī)械尺寸要求又能提供所需輸出功率的OBC變得越來越困難,。使用當(dāng)前用于OBC的技術(shù)，工程師們不得不在功率,、尺寸和能效之間進(jìn)行權(quán)衡,，而SiC正在突破這些設(shè)計(jì)障礙。工程師使用具有更高開關(guān)頻率的SiC,，可使用更小的電感器,，仍能達(dá)到以前相同的電感器紋波電流要求。

在OBC系統(tǒng)中使用SiC MOSFET的好處是能夠以更高的頻率進(jìn)行開關(guān),，功率密度更高,，能效更高，EMI性能得到改善以及系統(tǒng)尺寸減小,。如今,，SiC已廣泛使用，工程師可在設(shè)計(jì)中使用圖騰柱PFC來提高性能,。

安森美半導(dǎo)體方案中心最新發(fā)布的采用6.6 kW圖騰柱PFC的OBC評估板為多通道交錯式無橋圖騰柱PFC拓?fù)涮峁┝藚⒖荚O(shè)計(jì),。該設(shè)計(jì)在每個高速支路包括一個隔離的高電流、高能效IGBT驅(qū)動器(NCV57000DWR2G)和兩個高性能SiC MOSFET (NVHL060N090SC1),。此外,，低速支路采用兩個由單片高邊和低邊門極驅(qū)動器IC (FAN7191_F085) 控制的650 V N溝道功率MOSFETSUPERFET?III (NVHL025N65S3)。

圖4： 6.6 kW交錯式圖騰柱PFC評估板

在圖騰柱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中采用這些高性能SiC MOSFET配置,，系統(tǒng)能效達(dá)到97% (典型值),。該設(shè)計(jì)包括硬件過流保護(hù)(OCP)、硬件過壓保護(hù)(OVP)和輔助配電系統(tǒng)(非隔離),，可為PFC板和控制板上的每個電路供電，而無需其它直流源,。靈活的控制接口可適應(yīng)各種控制板,。

圖5： 6.6 kW交錯式圖騰柱PFC評估板框圖