【应用】Vincotech高效功率模块，完美解决电动汽车制造商成本和开发周期问题

受政府的大力支持和消费者对电动乘用车的日益青睐，电动汽车（EV）市场进入到了快速增长的阶段。最新的预测表明，电动汽车（即混合动力车、插电式混合动力车和全电动汽车）到2021年将占新车销售额的30％。

随着EV数量的增长，公共和私人充电站的数量也将快速增长。电动汽车驾驶员将亲眼见证充电基础设施的快速发展，包括街道上、工作场所及其他公共场所的充电站，还包括驾驶员家中的低功率充电设备以及加油站的高功率快速充电设备。与安装在车辆内的车载充电器相比，驾驶员可以将电动汽车连接到这些静态充电站也被称为非车载充电器，其可以通过普通的120V/240V电源插座或者充电点供电。

充电站的功率输送能力通常参照等级进行分类，其中等级1是最低功率充电器，等级3是最高等级，如下表所示。

电动汽车的快速增长为非车载EV充电器制造商带来了巨大的机遇。目前这个市场仍处于起步阶段，高度分散，并支持大量制造商。但是随着时间的推移，整合是不可避免的。那么，哪些因素将决定哪些公司是赢家，哪些公司是市场份额争夺战中的失败者呢？

毋庸置疑的是，能够对客户需求做出最佳和最快响应的充电器制造商将会从市场竞争中脱颖而出。客户对非车载EV充电器的主要要求包括以下两点：

1）高功率效率。通过提高效率及降低转换损耗，客户可以控制其能量成本，这在其运营成本中占有相当大的比例，此外还要最大限度地减少与提供电力相关的CO₂排放量。

2）购买（资本）成本尽可能低，同时需要保持特定水平的质量和可靠性。

上述要求为充电器制造商之间的战斗打下了基础，而这也成为了设计下一代EV充电器的工程团队至关重要的考虑因素。那么，如何如何满足上述要求呢？

1. 功率半导体的持续创新

如果客户的首要任务是提高功率效率，那么在所有类型的电力系统中提高效率的主要驱动力是半导体技术。英飞凌、意法半导体、飞兆半导体、罗姆半导体和Wolfspeed等先进功率半导体制造商不断在半导体材料和电路拓扑领域进行创新，并不断推出新产品，如IGBT、MOSFET和二极管，大大提高了效率以及其他运行参数。诸如高性能碳化硅（SiC）半导体材料商业化的突破，正在为MOSFET和二极管的操作性能带来快速改善，碳化硅也是功率IC制造商近乎理想的半导体材料。

半导体制造商在碳化硅等材料方面的持续创新以及他们许多新产品的推出，为充电器制造商提供了满足客户对更高功率效率需求的方法。但是制造商面临的另一个问题是，在利用不断涌入市场的创新的功率IC的同时如何实现严格的成本控制？

2.快速、低成本地实现新型充电器设计

充电器OEM（原始设备制造商）的问题在于，功率IC的领先技术并非受单个供应商的掌控。在任何特定时间，任何给定应用的最高效功率IC可能由意法半导体、英飞凌或其他半导体制造商制造。

为了优化其产品效率，充电器制造商需要不断修改和升级他们的设计，以纳入最新的组件。但与引入全新产品设计相关的开发和生产成本非常高。通常情况下，这限制了OEM向市场推出新产品的频率。但是，如果新型功率IC能够每三个月就以几乎没有开发或生产成本的方式集成到充电器的设计中呢？

这是VINCOTECH系列功率模块的承诺，Vincotech具有支持各种拓扑结构的产品，这些产品可用于高功率非车载充电器的三个功率级中的每一级。充电器OEM厂商如今已经普遍使用功率模块，并通过使用模块来实现功率电路，而不是由OEM自己开发具有分立IC和其他组件的“自制”电路。

图1 Vincotech运营模式可帮助电动汽车充电器制造商缩短产品升级周期

电动汽车充电器原始设备制造商可从Vincotech功率模块中获得以下优势：

1. 提高PFC级的效率并降低成本

新型对称三相PFC功率模块，flowSPFC 0，被设计用于提供高达99.2%的极高效率，并且以非常低的价格进行销售。该款PFC功率模块是EV充电器应用中的第一个构建模块：flowSPFC 0提供PFC级最佳的产品规格，可帮助整个系统设计实现成本节约。它能够在高达75kHz的快速开关频率下工作，并基于采用最新双极晶体管技术构建的超快速高效IGBT。flowSPFC 0采用了紧凑型、低电感的flow 0封装，并提供各种最大电流额定值，使得该模块适用于多种应用。

图2 flowSPFC 0电路框图

2. 全新H桥帮助应用实现更快速的切换

新型flowPACK 0 SiC功率模块是H桥产品最新系列中最快的代表，其设计实现了更快速度、更低温度、更高效率。在该系列功率模块中，Vincotech集成了一个900V的SiC MOSFET，它具有比1200V SiC MOSFET更好的开关性能，并且具有比650V MOSFET更高的安全裕度。该功率模块支持以最高400kHz的开关频率实现应用切换。与同类IGBT解决方案相比，实现了更高的效率，轻载时效率提高8％，满载时提高3％。

flowPACK 0 SiC采用了紧凑型、低电感的flow 0 封装，并带有压接引脚，可实现高电气性能，降低EMI并在生产线上实现轻松组装。除了这款旗舰级900V功率模块外，Vincotech还提供650V和1200V IGBT，硅MOS和SiC MOS模块的完整产品组合，涵盖所有工作条件和设计需求。

图3 flowPACK 0 SiC电路框图

Vincotech解决了充电器制造商的关键问题：如何快速地将最新、最高效的功率半导体用于充电器设计中，并且使成本最低。其原因如下：

1）Vincotech与供应商保持独立。不像其他模块制造商，如意法半导体、飞兆半导体和罗姆半导体，Vincotech不仅仅限于使用某个特定品牌的功率IC。相反，它可以使用任何制造商提供的市场上最好的半导体。

2）Vincotech保持长期的、战略性产品平台。在每个平台内，每个模块共享一个通用封装和引脚。这意味着使用Vincotech功率模块的用户可以在现有设计中用全新的升级模块替换旧模块，而不需要重新设计电路板或对新工具或组装方式进行修改。

为了使充电器制造商能够快速采用新型半导体技术，Vincotech遵循季度产品升级计划，在制造商发布这些IC时尽快将新的IC集成到其模块产品系列中。作为功率模块的领先制造商，Vincotech可以承担与短产品开发周期相关的成本，在其广泛的客户群和高产量的基础上分摊成本。作为高度集成功率系统设计和实施方面的专家，Vincotech拥有丰富的经验和专业知识，能够优化常用功率拓扑的性能，并充分利用半导体制造商开发的新拓扑。

结论

通过在Vincotech提供的战略平台上进行新产品设计，充电器OEM可以使用最新、最高效的半导体技术不断升级其产品，而不会产生通常与短期产品生命周期相关的高昂开发和生产成本。上面介绍了采用最新SiC和硅半导体技术开发的全新Vincotech模块。通过对Vincotech模块进行标准化，充电器OEM可以最大限度地提高设计、生产和供应链效率，并期望在充电器制造市场未来几年所经历的整合浪潮中受益。