【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%

2022-03-05 世强
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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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