【应用】国产SiC MOSFET IV1Q12050T4助力30KW充电模块全桥LLC设计，最高效率可达96.5%

时间： 2022-03-05 来源：世强

技术问答

随着汽车工业的快速发展，可再生资源消耗过度，寻找新能源替代成为重中之重，而新能源成为改为我国新能源结构变革，节能减排，碳中和以及汽车产业升级的重要工具，新能源汽车因此快速发展，带来充电的需求，为了满足电动汽车的快速充电，充电桩直流充电模块在其中有着不可替代的作用。

而在充电桩直流充电模块应用领域中，DCDC部分大多采用全桥LLC电路拓扑其中大功率器件一直进口器件为主，由于全球疫情以及其他因素导致功率器件交期和价格不是很理想，国产化的需求越来越多，本文重点介绍瞻芯电子1200V的SiC MOS管 IV1Q12050T4助力30KW充电模块全桥LLC设计，最高效率可达96.5%。

图1 30KW充电模块电路拓扑

如上图1 为30KW充电桩直流充电模块的电路拓扑图，大致工作原理是三相交流380V输入通过两路三相维也纳电路并联进行功率因素校正，输出800V母线电压，然后在通过全桥LLC DC/DC转换电路，输出200V到750V/950V高压给新能源汽车上的动力电池快速充电。

说到在充电桩模块上使用SiC器件主要考虑SiC器件的自身的特性具有高压、高频、耐高温、低导通电阻等特性，采用SiC MOS的DC/DC电路，可以从原来的三电平优化为两电平LLC如上图1 ，因此可以将原来的MOS数量减少，简化电路，驱动和控制部分设计更加简单，高频特性可使LLC的开关频率提升，这样可以减小磁性器件体积，降低成本，提升产品的功率密度，另外就是在相同条件下SiC MOS比Si MOS 导通电阻低，因此可减少导通损耗，整体提升效率。

本方案采用PFC维也纳电路采用了瞻芯1200V肖特基SiC二极管IV1D12030U2和650V的IGBT，后级DCDC全桥LLC部分采用了瞻芯1200V SiC MOSFET IV1Q12050T4和650V SiC肖特基二极管做整流，如下图2整机效率测试曲线，输出电压范围200V-750V, 最大输出功率30kW。最高效率可达96.5%。

图2 30KW充电模块效率曲线

综上所述，国产瞻芯电子1200V SiC MOS应用在充电桩充电模块后级DCDC全桥LLC电路具有以下几点优势：

1、RDson低至50mΩ，确保产品能够在更高的开关频率或者更高的电压下工作时，导通损耗大大减小，提升效率；

2、最高耐压1200V,相比650V的Si MOS方案，从三电平优化为两电平LLC，减少器件数量，降低成本，控制简单；

3、TO-247-4配有开尔文源极连接,引脚排列不仅简化了PCB布线，还降低了栅极驱动电路中的杂散电感，进而提高效率、EMI行为和开关性能；

4、带快速恢复体二极管，44ns快速恢复时间，大幅度降低开关管工作续流时二极管上的功耗，从而降低整体器件的功耗；

5、更宽的结温范围，-55至175℃确保管子在极限温度下可靠工作，防止管子的内部温升超过结温上限而产生不可恢复的损坏。

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