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

时间： 2024-09-20 来源：上海贝岭公众号

技术问答

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

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选型指南 - 华润微电子 - 2024/3/11 PDF 中文下载

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目录- 公司介绍碳化硅场效应管/碳化硅肖基特二极管/场效应管超结场效应管/IGBT单管/可控硅二极管静电保护器件/瞬态抑制二极管三极管/电源IC 运算放大器/达林顿晶体管阵列/整流桥/霍尔传感器光耦/石英晶体谐振器

型号- 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

选型指南 - SLKOR - 2022/10/9 PDF 中文下载

平伟实业国内率先推出PDFN5X6双面散热技术，加上CLIP（夹片）工艺，突破功率器件封装极限

平伟实业率先量产双面散热产品，兼顾底部和顶部散热，新的封装技术，把芯片性能发挥到了极致。平伟实业为功率器件散热提供了多种不同选择；为5x6封装和其他尺寸所设计的各种SMD封装技术组合，因此客户能够根据自身需求选择最合适的封装解决方案。

原厂动态发布时间 : 2023-09-01

SLKOR（萨科微）专业从事功率元器件的设计、生产和销售。技术骨干来自Infineon英飞凌、三菱、IR、TI德州仪器、ONSEMI安森美等同行业技术领先企业，主要生产MOS场效应管、COOLMOS、电源管理IC、FRD、霍尔hall元件、SCR、IGBT单管、SiC元器件等。

SIC碳化硅器件高压MOS管中低压MOS管 COOLMOS 碳化硅场效应管碳化硅肖特基二极管场效应管 TVS瞬态抑制二极管 ESD防静电二极管超结场效应管 IGBT单管 IGBT/SIC模块二极管三极管肖特基二极管线性稳压器LDO 霍尔传感器开关二极管可控硅单向可控硅双向可控硅整流桥通用二极管 DC-DC电源芯片驱动IC IC集成电路快恢复二极管电池管理IC 光耦光电二极管运算放大器 RS232芯片达林顿管电压基准芯片开关电源芯片

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