電動車電源技術原理及OBC樣機拆機分析

以下文章來源于英飛凌官微：

本文將從電動車電源技術原理、OBC的市場規模和行業現狀、OBC電路原理分析、樣機實物拆解案例分析的角度，深入解讀電動車電源關鍵元件。

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1.電動汽車簡單分類

HEV Hybrid Electric Vehicle 混合動力電動汽車

PHEV Plug-in hybrid electric vehicle 插電式混合動力汽車

BEV Battery Electric Vehicle 純電動汽車

FCEV Fuel Cell Electric Vehicle 燃料電池電動汽車

2. 電動汽車OBC分類及其大功率PFC技術分析

2.1 單相OBC技術

2.2 三相OBC技術

2.3 PFC 臨界模式Vs連續模式

2.4 交錯并聯 PFC電路技術特點

2.5 基于碳化硅的無橋PFC拓撲

該方案由一個升壓電感器、兩個高頻升壓 SiC 開關（SiC1 和 SiC2）和兩個用于在電路上傳導電流的元件組成，線路可以是兩個慢速二極管。（A）顯示了兩個硅MOSFET（Si1和Si2）。（B）表明，Si1和Si2的使用進一步提高了效率。

2.5.1 無橋PFC工作原理分析

3.OBC DC-DC變換器技術分析

3.1 LLC-SRC半橋變換器

3.2 LLC-SRC諧振單元

3.3 LLC拓撲增益函數

3.4 諧振型雙向CLLLC電路

3.5 雙向有源橋（Dual Active Bridge，DAB）

4.直流充電樁拓撲分析

4.1 20-30kW兩電平LLC雙向DC/DC變換器

下圖顯示具有雙向流動設計和總共 12 個 SiC MOSFET 的兩電平 LLC 電路示例，該電路可實現簡單、靈活的控制，具有高效率和磁性元件小的特點。在這種用于直流快速充電的配置中，繼電器可以針對 400 V 和 800 V 操作進行切換，滿足低或高充電電流的需求。一個不足之處在于：LLC 設計通常具有一個狹窄的最佳應用點，需要謹慎設計諧振回路。

4.2 20-30kW兩電平LLC級聯雙向DC/DC變換器

下圖顯示具有雙向流動設計和總共 12 個 MOSFET 的兩電平 LLC 級聯電路示例，該電路支持從傳統 Si 組件輕松過渡到 SiC（電壓為 650 V）。盡管使用 SiC 器件可提升效率，但該結構也存在一些挑戰。

4.3 20-30kW雙有源橋（DAB）雙向DC/DC變換器

5.寬禁帶功率器件技術分析

5.1 SiC MOSFET研究進展

固體的能帶理論

禁帶寬帶（Eg）：半導體的禁帶寬度與晶格原子之間的化學鍵相關，更強的化學鍵意味著電子很難從一個位置跳躍到下一個位置，因此，較大的禁帶寬度的半導體材料具有較低的本征泄漏電流和較高的工作溫度。

臨界擊穿電場（Ecrit)：強的化學鍵會造成更大的禁寬帶度，也會引起雪崩擊穿時更高的臨界擊穿電場，器件擊穿電壓可以近似：VBR=1/2*Wdrift*Ecirt，因此器件的擊穿電壓與漂移區寬度成正比。

5.2 碳化硅 (SiC)器件特性分類及SiC MOSFET結構

5.2.1 SiC對比Si材料優勢

5.2.2 節能及系統集成度推動電力電子應用的發展

5.2.3 SiC二極管種類

SiC功率二極管有4種類型：PiN 二極管、肖特基二極管(Schottky Barrier Diode，SBD)，結勢壘肖特基二極管(Junction Barrier Schottky Diode，JBS)和混合式PIN-肖特基二極管。

5.2.4 SiC二極管開關動態過程

5.2.5 平面SiC MOSFET的挑戰

5.2.6 英飛凌的現代溝槽CoolSiC技術

5.2.7 一種典型分離柵的雙槽 SiC MOSFET

5.2.8 典型的溝槽結構SiC MOSFET類型

這些結構核心就是在柵極溝槽底部或柵極溝槽底部附近區域，增加P型結構，形成耗盡層（空間電荷區），從而，把柵極溝槽底部氧化層電場，部分轉移到耗盡層中，減小柵極溝槽底部的電場。

6.英飛凌的CoolMOS CFD7A

高功率密度 → 更緊湊的設計CoolMOS CFD7A在硬開關和諧振開關拓撲中，尤其是輕負荷條件下具有較大改進，令效率更上一層樓。與之前幾代產品相比，其在相同柵極損耗的水平下可實現更高的開關頻率；而且這一產品組合極具前景，使CFD7A成為減少系統重量和空間以實現更緊湊設計的關鍵因素。

符合汽車壽命要求的出色可靠性由于宇宙輻射魯棒性增強，CoolMOS CFD7A 技術能夠應用更高的蓄電池電壓，同時具有與前幾代產品及其他市場產品相同的可靠性。

更高的設計靈活性和可擴展性得益于固有快速體二極管和廣泛的產品組合，CFD7A器件可用于PFC和DC-DC級。

6.1 使用CoolMOS達到下個功率密度水平CFD7A系列

6.2 卓越技術確保CFD7A是市場上最具宇宙輻射魯棒性器件

6.3 可以在不同尺寸上實現更高的功率密度

6.4 在相同的柵極損耗水平下可以支持更高的開關頻率

6.5 在關鍵參數方面取得了相當大的性能改進

6.6 快速的體二極管增加額外可靠性，減少設計工作量

6.7 CFD7A的關鍵指標系數FOM

7. 一款典型OBC樣機拆機分析

7.1總體方案

7.2主要功率半導體

7.3輸入輸出端口

審核編輯：湯梓紅