车载充电器设计的可扩展性和灵活性的需求

大多数人认为电动车(EV)是一种新事物，但19世纪建造的首批汽车中有一些是电动汽。此后内燃机(ICE)汽车迅速占领了市场，而电动车在大多数情况下很快就被遗忘了。在20世纪70年代的石油危机期间，以及在20世纪90年代加州空气资源委员会(CARB)创建零排放汽车(ZEV)计划时，电动车虽提上议程，但未能占主导地位。

这次，电动车市场将持续存在，并一直在稳步增长。从充电方法的角度来看，电动车有两个主要组别。第一组包含混合动力电动车(HEV)和轻度混合动力电动车(MHEV)，它们通过一个内燃机或再生制动和能量回收给自己的电池充电。第二组包括插电式混合动力汽车(PHEV)和电池驱动的电动汽车(BEV)，即必须“插电”充电的类型。正是这类车辆需要一个车载充电器(OBC)。

OBC可以接受单相或三相电源，并提供高达22 kW的功率以实现最快的充电。由于所有电池都需要DC电流进行充电，OBC的核心功能是整流电源输入，并将其转换为适合电池的充电电压--可能是400 V或越来越多的800 V。

OBC有两个主要功率级。首先，功率因素校正(PFC)级，保持输入电流和电压之间的相位关系，最大限度地减少线路/电网电流的总谐波失真(THD)。这有助于减少任何浪费的无功功率，提高整体能效。

第二功率级是DC-DC转换器，它从PFC级获得DC输出，并将其转换为电池充电所需的电平。转换器的输出电压和电流基于电池的整体健康状态和充电状态随时间变化。

一些OBC正在被设计为提供双向能力，允许电网到车辆和车辆到电网的电力传输。这将使能源公司和客户能够利用电动车中大量的存储电力，提供额外的能源储备以应对需求高峰。车主将从中受益，因为他们在高峰期向电网出售电力(因此价格较高)，在非高峰期补给其车辆，因让公用事业公司使用他们储存的能源而带来小额收入。

大多数单向的OBC使用LLC或移相全桥(PSFB)拓扑结构。对于双向设计，CLLC或双有源桥(DAB)是常见的，而且越来越受欢迎。碳化硅(SiC)MOSFET被越来越多地使用，因为它们的开关损耗更低、开关速度更快和工作温度更高。

单向OBC的次级端整流可以是无源的(使用二极管)或同步的，后者使用功率开关以获得更好的能效。在双向OBC中，二次整流将需要一个支持CLLC的全桥，或一个双有源桥的后半部分。在所有情况下，使用碳化硅器件(二极管和开关)将提高能效并提供稳定可靠性。然而，在一些成本优化的OBC设计中，仍然使用超级结MOSFET，这取决于电平、电压和可接受的能效。

电动车内电池容量的巨大差异，促使人们对OBC设计的可扩展性和灵活性的需求。例如，轻型乘用车的电池容量通常在30千瓦时(kWh)至100 kWh以上，而在大型车辆(如SUV)中，这数字可能上升到150 kWh。现在的趋势是电池组的容量不断增加，以延长电动车的充电间隔时间。一些进入市场的乘用车的电池容量接近200 kWh，较大的电池将迁移到800 V以加快充电过程。

视乎所选择的OBC拓扑结构，将需要多种类型的半导体器件。安森美(onsemi)为3.3 kW到22 kW的汽车OBC功率级和高达800 V的电池电压提供解决方案。该产品阵容包括SiC MOSFET、带有共封装SiC二极管的混合IGBT、超结MOSFET、汽车功率模块(APM)、SiC二极管、门极驱动器、稳压电源和车载网络解决方案。

采用安森美技术，赋能客户提供灵活的OBC和基础设施充电解决方案，适用于广泛的电动车应用。

责任编辑：haq