上海贝岭直流充电桩电源模块功率器件解决方案:优化饱和压降和开关损耗,提升系统功率密度和效率

2024-09-20 上海贝岭公众号
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一、概述

随着新能源汽车的深度普及,用户对公共充电设施的便利性、安全性、智能化程度等方面均提出了更高要求。公共直流充电桩向着更大功率、更高功率密度、更智能化等方向快速演进,作为直流充电桩的核心部件,充电桩电源模块的功率等级和功率密度亦不断提升,从20kW/30kW逐步提高至40kW/50kW及以上,为用户提供更安全、快速的充电服务。


二、直流充电桩电源模块工作原理及拓扑结构

直流充电桩的系统结构如图1所示:包括电源模块、控制系统、用户界面、充电线缆等部件。其中电源模块的主要功能是实现电能转换,将电网侧的交流电转换为适合用户需求的直流电,确保稳定、高效地输出。

图1 直流充电桩系统组成框图


直流充电桩电源模块典型结构如图2所示:主要由两级结构组成,包括前级的AC/DC环节,实现功率因数校正,降低谐波,提升电能质量;后级的DC/DC环节,实现宽范围的直流电压输出,满足不同类型电池的充电需求。

图2 直流充电桩电源模块结构组成框图


三相维也纳PFC是直流充电桩电源模块中AC/DC变换器的常用拓扑,如图3所示。电路通过控制Sa、Sb、Sc的通断,来控制PFC电感的充放电。由于 PFC变换器的PF值接近1,可认为电感电流和输入电压同相,三相平衡,各相差120度。


三相PFC变换器每相包括一个双向开关,双向开关由共源极的开关管相连接,两个开关管共用一个驱动信号,不存在桥臂直通问题,无需设置死区时间,降低了控制和驱动的难度,具有工作效率高、器件电压应力低的优点。

图3 三相维也纳PFC拓扑结构


三、贝岭BLG80T65FDK7产品介绍

针对直流充电桩电源模块应用,上海贝岭推出80A/650V IGBT产品BLG80T65FDK7。80A/650V IGBT工艺平台采用第三代微沟槽多层场截止技术,优化了饱和压降和开关损耗,适用于50kHz及以上的高频应用,利于提升系统的功率密度和效率。其工艺特点如图4所示。

图4 BLG80T65FDK7-F工艺特点


BLG80T65FDK7合封全电流FRD,针对三相维也纳PFC电路的特点,通过优化合封二极管的VF值,降低二极管的通态损耗,提升变换器的工作效率。其实物图如图5所示。

图5 BLG80T65FDK7-F实物图


四、贝岭BLG80T65FDK7性能优势

1、饱和压降Vce(sat)

对三相维也纳PFC拓扑结构而言,功率器件的通态损耗是其总损耗中占比较大的一个损耗源,降低开关器件的通态损耗是提升变换器工作效率的一个有效手段。作为评估IGBT性能的一个重要指标, 在器件允许的工作温度范围内,BLG80T65FDK7拥有较低的饱和压降,可有效降低IGBT的通态损耗。其Vce(sat)-温度变化曲线如图6所示。

图6 Vce(sat)随温度变换曲线


2、开关损耗

为减小磁性元器件的体积,提升变换器的功率密度,三相维也纳PFC应用中IGBT的开关频率一般高于50kHz。BLG80T65FDK7在全电流范围内均具备较低的开关损耗,在高频应用场景中,具备更优异的性能。开关损耗对比如图7所示,与竞品相比,BLG80T65FDK7的Eon/Eoff/Etotal值分别下降了约6.7%/6.8%/6.8%。

图7 BLG80T65FDK7开关损耗值对比


3、反向恢复能力

Qrr体现了二极管的反向恢复能力。Qrr值低,峰值电流更低,尖峰持续时间更短,因而振铃/谐振减少,利于减少EMI,同时,可进一步提高效率。如图8所示,与竞品相比,BLG80T65FDK7的Qrr值下降了约18%。

图8 Qrr值对比


4、产品竞争力

基于直流充电桩电源模块的应用需求,BLG80T65FDK7综合考虑器件的各项参数,重点对IGBT的饱和压降、开关损耗及合封二极管的反向恢复能力和VF值进行优化。参数对比如图9所示,同比于竞品器件,重点参数具备优势,可以更好发挥器件性能,助力提升变换器的工作效率和系统的功率密度。

图9  BLG80T65FDK7参数对比雷达图


五、贝岭功率器件选型方案

上海贝岭功率器件产品线齐全,包含MOSFET、IGBT等系列产品,为直流充电桩电源模块设计提供助力,欢迎垂询!具体型号参考表1。

表1 功率器件选型列表


贝岭拥有完善的电源管理、信号链等系列产品可供选择,助力更完全、可靠的充电桩设计和应用。具体型号参考表2。

表2 充电桩芯片选型参考

授权代理商:世强先进(深圳)科技股份有限公司
技术资料,数据手册,3D模型库,原理图,PCB封装文件,选型指南来源平台:世强硬创平台www.sekorm.com
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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

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