显著提升充电桩充电效率，基本半导体应用于高压快充的E2B碳化硅功率模块方案解析
摘要
充电桩采用碳化硅模块可以增加近30%的输出功率，减少50%的损耗。目前在充电桩领域，碳化硅应用处于快速增长阶段，预计到2025年将提升至35%，市场规模将达200亿元。
近年来，充电时长已经成为影响新能源汽车驾驶体验的关键因素，市场对提高车辆充电速度的需求变得越来越迫切。高电压和大电流都可缩短充电时间，但考虑到铜线损耗的因素，高压大功率比大电流方案更有效率。而要提升充电速度，必然要关注大功率充电，在不提高整车电压平台的条件下，必须增大充电电流，但这样也会导致端子、线缆的发热量增加，继而温度升高。持续高温容易损害充电装置，严重的还会引发安全事故，为避免这种情况，必须将充电枪端子及线缆的发热量及温升降低，常用的方法就是增大导体截面积。然而增大导体截面积后会增加线缆的重量，用户使用会很不方便。考虑到充电枪的电流约束，最适合的办法是通过提升电压平台实现大功率充电。
图1 高压快充架构下电池系统成本与低压大电流架构的对比
目前主流车企均在布局高压快充车型，预计2026年800伏以上高压车型销量将过半，但我国适配高压快充的高压充电桩数量不足。为此，主流车企和充电运营商正加快研发推出大功率快充桩，亟需更耐高压、耐高温、更小型化的新型功率器件，以满足充电设备对效率和安全的更高要求。
作为第三代半导体材料，碳化硅具有宽禁带、高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率等优异特性。与传统硅材料比较，碳化硅器件能有效满足充电桩设备耐高压、耐高温、更小型化新型器件的需求，帮助实现新能源汽车快速充电的目标。此外，碳化硅还能提高单位功率密度，减小模块体积并简化电路设计，对降低充电桩成本起到重要作用。
图2 传统硅功率器件单向充电桩方案
图3 碳化硅功率器件双向充电桩方案
传统硅方案充电桩模块电源中，DC/DC拓扑采用650V硅基超结MOSFET组成两个全桥串联的LLC，使用1200V碳化硅MOSFET以后，系统可以简化为一个LLC谐振回路，器件数量大幅度减少，有利于提升系统可靠性。尤其是关断损耗更小的碳化硅MOSFET，更适合充电桩电源模块DC/DC部分的LLC/移相全桥等电路拓扑。
同时，1200V/40mΩ碳化硅MOSFET分立器件在风光储充、车载充电、汽车空调等领域的电源模块上被广泛应用，规模优势使碳化硅MOSFET成本进一步降低，使得用1200V碳化硅MOSFET的系统成本比使用650V硅基超结MOSFET的更低，产品更具有竞争力。
图4 基本半导体1200V碳化硅MOSFET
此外，大功率（50kW~60kW）的充电模块功率密度高，体积有限，如果采用分立器件，并联数量会很多，给均流、安装和散热带来了非常高的挑战，而采用碳化硅 MOSFET模块方案，则可以很好地解决上述问题。
图5 基本半导体1200V碳化硅MOSFET E2B半桥模块在充电桩中的应用
基本半导体PcoreTM2 E2B 全碳化硅半桥MOSFET模块BMF240R120E2G3基于高性能晶圆平台设计，在比导通电阻、开关损耗、抗误导通、可靠性等方面表现出色。高温(Tvj=150℃)下的RDS(on)参数仅比常温(Tvj=25℃)时增加1.4倍左右。产品内置碳化硅肖特基二极管，使得续流二极管基本没有反向恢复行为，大幅降低模块的开通损耗。产品还引入氮化硅(Si3N4)AMB陶瓷基板及高温焊料，可改善长期高温度冲击循环的CTE失配，陶瓷板的可靠性大幅提升。
图6 PcoreTM2 E2B 全碳化硅半桥MOSFET模块BMF240R120E2G3
在高压快充的大背景下，以基本半导体为代表的碳化硅功率器件企业将不断加大研发力度，确保先进技术能紧跟行业趋势和市场需求，为充电桩设备制造企业提供更高性能的碳化硅功率器件。随着新能源汽车、光伏产业的快速发展，碳化硅器件在电力设备行业中还将有更广泛的应用，其市场规模还有巨大的成长空间，预计碳化硅功率器件在光伏逆变器的渗透率将从 2020年的10%增长至 2048年的85%。
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 0
本文由ll转载自基本半导体 微信公众号，原文标题为:SiCer小课堂 | 显著提升充电效率，基本半导体应用于高压快充的E2B碳化硅功率模块方案解析，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。
相关研发服务和供应服务
相关推荐
【选型】国产碳化硅MOSFET WM1A080120K可PIN-PIN替换C2M0080120D，工作结温更高
目前太阳能逆变器的高压DC/DC中主流产品有科锐（WOLFSPEED）C2M0080120D，对于光伏产业的大力发展，SIC MOSFET用量也在不断增加，需要一款成本更低、货源更稳定的产品作为替换。本文推荐中电国基南方的碳化硅SiC MOSFET WM1A080120K，该产品可pin-pin替代C2M0080120D，能够达到更高的工作温度-55℃到175℃，具有更低的开启电压2.3V。
【选型】基本半导体推出面向面向光伏及储能领域的碳化硅功率器件，电压达1200V
基本半导体面向光伏及储能领域推出了碳化硅肖特基二极管、碳化硅MOSFET和碳化硅功率模块三类产品。其中碳化硅肖特基二极管已经在工商业光伏逆变器、组串式光伏逆变器、微型光伏逆变器领域广泛应用。
【选型】碳化硅MOSFET UF3C120080K4S可PIN-PIN替换C3M0075120K，驱动电压更宽且性能更优
市面上主流的SiC MOS管型号有Wolfspeed（科锐）的1200V/75mΩ C3M0075120K等，不过因供货交期和价格压力等因素，很多客户会选择一款好的替代方案，本文重点推荐UnitedSiC（联合碳化硅）的SiC MOS管 UF3C120080K4S，该产品不仅可pin-pin替代C3M0075120K，而且性能更优。
新能源汽车碳化硅800V平台架构优势及实现方式解析
受限于硅基IGBT的工作频率和偏大的元件尺寸，目前大部分新能源车产品采用的是400V平台。随着碳化硅半导体技术的发展，越来越多车企打造出基于碳化硅的800V甚至更高的高压平台。SMC桑德斯微电子根据客户的需求设计和生产半导体及相关产品。2015年，SMC布局碳化硅产品的设计、研发与制造，并推出了一系列节能可靠、高性价比的大功率碳化硅产品器件，可广泛运用于包括新能源汽车、光伏、储能、电源等各个领域。
【IC】爱仕特新款高可靠汽车级碳化硅功率模块DCS12，封装一次铸造成型，为高速发展的新能源汽车注入动力
深圳爱仕特科技有限公司推出新款汽车级碳化硅功率模块DCS12，旨在缩小半导体器件使用尺寸的同时，提高逆变器功率密度、可靠性、耐用性以及寿命周期，给高速发展的新能源汽车注入动力。
中国新能源汽车的几何式发展，倒推SiC碳化硅市场扩张
近年来，中国新能源汽车市场发展迅猛。根据中汽协数据显示，2023年，中国新能源汽车销量达到了949.5万辆，同比增长37.9%。预计2024年，中国新能源汽车销量可能将达到1200-1300万辆，并占据全球新能源汽车总销量的约60%。新能源汽车的迅猛发展，倒推车规级碳化硅SiC功率器件的需求也呈井喷式增长。
【视频】蓉矽高可靠性SiC功率器件在光储充与新能源汽车上的应用
型号- NCD30S40TTD,NC1M120C12HT,NC1M120C12W,NC1D120C10AT,NCD30S20TTD,NC1D120C20KT,NC1D120C30KT,NC1M120C40HT,NC1M120C75HT
【经验】采用TO-247-4封装的碳化硅MOSFET中引入辅助源极管脚的必要性
在实际应用中，基本半导体发现带辅助源极管脚的TO-247-4封装更适合于碳化硅MOSFET这种新型的高频器件，它可以进一步降低器件的开关损耗，也更有利于分立器件的驱动设计。
【元件】基本半导体Pcore™2 E2B工业级碳化硅半桥模块——革新您的电源体验
基本半导体Pcore™2 E2B工业级碳化硅半桥模块不仅在材料选择上具有领先优势，其内置的高性能器件也确保了其在高效能电源转换领域的领先地位。无论是对于设计者还是终端用户而言，PcoreTM2 E2B模块都是提升系统性能、可靠性和经济性的优选方案。
蓉矽1200V 40/75mΩ碳化硅MOSFET用于直流充电桩，减少50%器件用量，助力800V高压快充充电桩行业发展
基于蓉矽半导体第二代1200V 40/75mΩ SiC MOSFET的两电平方案结构简单、控制方便，可简化系统拓扑，减少50%的器件用量，助力800V高压快充充电桩行业的发展。蓉矽半导体1200V 40mΩ SiC MOSFET电压等级为1200V，最大可持续电流达75A。
【应用】SiC器件可在5G基建、新能源汽车充电桩、工业互联网等领域中提高电能利用率
碳化硅（SiC）材料是功率半导体行业主要进步发展方向，用于制作功率器件，可显着提高电能利用率。可预见的未来内，新能源汽车是碳化硅功率器件的主要应用场景。特斯拉作为技术先驱，已率先在Model 3中集成全碳化硅模块，其他一线车企亦皆计划扩大碳化硅的应用。
国内新能源汽车未来发展，最核心的技术是什么？
近年来，中国新能源汽车市场发展迅猛。根据中汽协数据显示，2023年，中国新能源汽车销量达到了949.5万辆，同比增长37.9%。预计2024年，中国新能源汽车销量可能将达到1200-1300万辆，并占据全球新能源汽车总销量的约60%。新能源汽车的迅猛发展，倒推车规级碳化硅SiC功率器件的需求也呈井喷式增长。
国基南方加速碳化硅MOSFET技术攻关，建立国内第一条6英寸碳化硅功率产品生产线
国基南方持续推进碳化硅MOSFET关键核心技术攻关和产业化应用，经过集智攻坚，团队建立国内第一条6英寸碳化硅功率产品生产线，在国内率先突破6英寸碳化硅MOSFET批产技术，形成了成套具有自主知识产权的碳化硅功率产品技术体系。
基本半导体（BASIC）碳化硅功率器件选型指南
描述- 深圳基本半导体有限公司是中国第三代半导体行业创新企业，专业从事碳化硅功率器件的研发与产业化。公司总部位于深圳，在北京、上海、无锡、香港以及日本名古屋设有研发中心和制造基地。公司拥有一支国际化的研发团队，核心成员包括二十余位来自清华大学、中国科学院、英国剑桥大学、德国亚琛工业大学、瑞士联邦理工学院等国内外知名高校及研究机构的博士。
型号- B2D05120E1,B2M1000170Z,B2M1000170R,BTD5350SBPR,BTL27523R,B2M080120Z,BMS600R12HLWC4_B01,B3D40120HC,B2D40065H1,BGH75N65HS1,BD2M040A120S1,B2M080120R,BGH75N65ZF1,B2D,B2D60120H1,BMS800R12HWC4_B02,BMS950R08HLWC4_B02,BTL27523B,B2M080120H,B2D16120HC1,B3D03120E,BGH40N120HS1,B2DM060065N1,BTD5350E,BTD5350SBWR,BTD5350EBPR,B3D系列,BTD21520M,BTL27524R,B2D30120H1,BTD21520E,BTD5350MBPR,BD2D20A120S1,BD2D40A120S1,B3D,BTL27524BR,BTL27524B,B2D02120K1,BTD21520S,BMF800R12FC4,BTL2752X,AB2M040120Z,BD2D10A065S1,B2M040120H,BTD25350MMCWR,BTD21520系列,BTD3011R,BTD21520MBWR,B2D10120E1,AB2M040120R,BTD5350SCPR,BMF240R12E2G3,BMF600R12FC4,BMS700R08HWC4_B01,BTD21520EBWR,B2D08065K1,B2M032120Y,BTD25350MECWR,BTD5350EBWR,B2D30120HC1,B2D40120HC1,BD2D04A065S1,B2D10065F1,B2M040120Z,B2M009120Y,BD2M065A120S1,BD2D02A120S1,BMF700R08FC4,B2D系列,B1D06065KS,B2D40120H1,B2M040120R,BMS950R08HWC4_B02,BGH50N65HS1,BGH50N65ZF1,B2D10065KF1,B2D04065E1,BTD5350,BTD5350SCWR,B3D40200H,BTD5350ECPR,BTD5350M,BTD5350MBWR,BTD21520MBPR,BTD5350S,B2D08065KS,BD2D30A120S1,BTD5350MCPR,B2D20065F1,BD2D08A120S1,B2M1000170H,BTL27523BR,BMS800R12HLWC4_B02,BD2D15A065S1,BD2D20A065S1,B2D20120H1,B2M160120Z,BTD25350MMBWR,B2D10120K1,BTD21520MAWR,B2D20065HC1,B2D30065HC1,BTD25350,B2M160120R,BTD21520EAWR,B2D40065HC1,BMS700R08HLWC4_B01,BTD5350ECWR,BTD25350MEBWR,B2D04065KF1,BGH75N65HF1,B2D10065KS,BTD21520EBPR,BMZ200R12TC4,BTD21520SBWR,B2D04065K1,B3D20120H,BMS600R12HWC4_B01,B2M160120H,BGH75N120HF1,B2M030120R,BD2D08A065S1,BTD25350系列,B2M011120HK,BTD21520SBPR,BTD3011R系列,BTD21520MAPR,B2M030120Z,B2M009120N,BTD5350MCWR,B2D06065K1,BTD5350系列,BMZ250R08TC4,B2M012120N,B3D50120H2,BTD25350MSCWR,BTL2752X系列,B2D20065H1,B2D10065E1,B2M030120H,BD2D30A065S1,B2D06065KF1,B2D05120K1,B2D02120E1,B2D06065E1,BMF950R08FC4,BD2D05A120S1,BGH50N65HF1,B2D20120F1,BD2D15A120S1,B2D20120HC1,B2D10120HC1,BTD21520EAPR,BTD25350ME,BTD21520SAWR,BTD21520,B2D20065K1,B2M018120Z,BTD25350MM,BTD25350MS,B2D16065HC1,AB2M080120R,B2D10120H1,B2M018120N,BD2D06A065S1,B2D30065H1,B2M065120Z,BTD21520SAPR,AB2M080120H,B2M065120R,B2M018120H,B2M065120H,BD2D10A120S1,BTL27523,B2D10065K1,AB2M080120Z,BTD25350MSBWR,B2M020120Y,BTL27524,B3D05120E,B2DM100120N1,BD2D40A065S1
【元件】基本半导体新品工业级全碳化硅MOSFET功率模块，更好满足客户对高功率密度需求
基本半导体开发推出了工业级全碳化硅MOSFET功率模块Pcore™2 E1B和Pcore™4 E1B。该系列产品采用了Press-Fit压接工艺、带NTC温度检测以及高封装可靠性的氮化硅（Si3N4）AMB基板等技术，在比导通电阻、开关损耗、抗误导通、抗双极性退化等方面表现出色。
电子商城
服务
可根据用户的MOSFET管进行参数检测出具报告，静态参数最大电压:7500V、检测最大电流6000A；动态参数最大电压:3300V、检测最大电流:4500A。该测试标准满足GB、IEC及行业标准等，具备可靠性评估及老化实验能力。
实验室地址： 西安 提交需求>
可定制高压电源模块的输入电压100VDC-2000VDC、功率范围5W-500W/4W-60W； 高压输出电源模块的输出电压100VDC-2000VDC。功率范围：4W-60W。
提交需求>
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
我要提问
登录 | 立即注册
提交评论