Wolfspeed TO247-4封装SIC MOSFET在大功率直流充电桩上的应用

时间： 2019-03-26 来源：Wolfspeed

技术问答

随着电动汽车迅速发展，作为配套设施的充电桩建设逐渐成热门行业。据有关部门预测，150KW-240KW直流充电桩将是近几年行业的发展趋势。对于大功率充电桩，通常采用多模块并联设计，便于扩容、功率配置和维护。如目前市面上的150KW直流桩，多采用5个30KW的功率充电模块并联或10个15KW功率模块并联组成。

VIENNA整流器 LLC谐振DC/DC变换器

图1. 直流充电桩拓扑图

直流充电桩功率模块通常由两部分组成，前级采用三相整流电路（通常采用VIENNA结构），后级采用LLC全桥DC/DC变换器，如图1所示。以15KW充电桩为例，输入三相380VAC经过VIENNA整流后变成610V~840V直流，经过LLC变换器后输出200V~700V直流电压。由上可见，LLC全桥变换器MOSFET正常承受电压在420V左右，如果考虑MOSFET关断尖峰电压，则功率管耐压至少需要1000V。MOSFET很少由超过1000V耐压的型号，所以通常采用三电平变换器或者两路LLC谐振并联来替代一路LLC谐振电路，不但控制复杂而且成本大大增加；如果采用IGBT则开关频率无法超过20KHz，隔离变压器体积过大。针对此处的应用，笔者推荐WOLFSPEED公司生产的SiC-MOSFET: C3M0075120K,该器件漏源电压可达1200V，连续导通电流可达30A，导通电阻仅75mΩ（V_GS =15V，I_D= 20A），适合应用在直流充电桩LLC功率单元中。

Wolfspeed公司针对TO247-4封装碳化硅MOSFET C3M0075120K应用在20KW直流充电桩中给出了参考方案，如图3所示。图中采用两个SiC-MOSFET并联，工作频率可达300KHz，功率可扩展到20KW，由于SiC-MOSFET具有正温度系数，并联均流性能很好。

图3. LLC采用C3M0075120K并联进行功率扩展

C3M0075120K采用新型低阻抗封装TO247-4，如图3所示，降低源极引线杂散电感，同时降低了开关损耗，进一步提高开关频率极限；总栅极充电电荷仅51nC，易于驱动；输出电容仅58pF，反向恢复电荷220nC，关断时反向电压、开关损耗低、变换器效率进一步提高，产品的可靠性更高；反向恢复时间仅18ns,具有更宽的开关频率可供选择；该器件工作结温-55~150℃，较之MOSFET有很大的提高，减少过热炸机的风险，有助于提高产品的可靠性和寿命。

图3. TO247-4封装

相比于传统的MOSFET，SiC-MOSFET在开关频率、开关损耗、运行结温、反向恢复特性具有很大的提升，将逐渐取代硅基功率器件在大功率直流充电桩中广泛应用。

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