【導讀】汽車(chē)子系統的設計師不斷努力尋找創(chuàng )新的方法來(lái)延長(cháng) EV 的續航里程并縮短充電時(shí)間。在實(shí)現這些目標的過(guò)程中，他們將基于硅的技術(shù)在尺寸、重量和電源效率方面推向物理極限，因而需要轉向碳化硅（SiC）來(lái)幫助其應對這些挑戰。
Microchip 消除您轉向碳化硅（SiC）解決方案的疑慮
電動(dòng)汽車(chē)（EV）充電技術(shù)創(chuàng )新
汽車(chē)子系統的設計師不斷努力尋找創(chuàng )新的方法來(lái)延長(cháng) EV 的續航里程并縮短充電時(shí)間。在實(shí)現這些目標的過(guò)程中，他們將基于硅的技術(shù)在尺寸、重量和電源效率方面推向物理極限，因而需要轉向碳化硅（SiC）來(lái)幫助其應對這些挑戰。與硅相比，SiC器件具有更低的導通電阻和更快的開(kāi)關(guān)速度，并且能夠在更高的結溫下耐受更大的電壓和電流。這些特性結合其更小的尺寸以及更高的效率，提高了功率密度，這使 SiC成為了許多重要 EV 應用中的關(guān)鍵技術(shù)。據我們估計，SiC 功率半導體市場(chǎng)有望增長(cháng)到目前 10 億美元估值的五倍，這并不奇怪。
EV 應用中有幾個(gè)新興趨勢可以從我們基于 SiC 的可信解決方案中受益。下面來(lái)看一下 EV 充電基礎設施中的四個(gè)要素：
1. EV 充電站
2. 車(chē)載充電器
3. 電池管理系統（BMS）
4. 電機功率控制單元
EV 充電站
圖 1 總結了三級 EV 充電站的主要特性。
圖 1：EV 充電級
1 級和 2 級充電器的關(guān)鍵安全組件是固態(tài)斷路器（SSCB），位于交流輸入和車(chē)輛充電連接器之間。由于 SiC 具有高電壓快速激活和穩固的抗雪崩性能，因此非常適合此應用。3 級充電器可以受益于我們的 700V 和 1200V 分立式 SiC 器件和模塊，以及我們的 MSCSICPFC/REF5 3 相 Vienna 功率因數校正（PFC）參考設計（圖 2），在 30 kW輸出功率的條件下，效率可達 98.6%。
圖 2：我們的 Vienna PFC 參考設計
車(chē)載充電器
EV 的車(chē)載充電器由交流-直流 PFC 前端和隔離式直流-直流轉換器組成（圖 3）。其中，雙向 3 相 11 kW/22 kW 和 7 kW/11 kW（單相/三相）是一個(gè)新興趨勢，因為需要雙向功能來(lái)提供功率因數穩定的補償電網(wǎng)功率。我們的 SiC 分立式 MOSFET 提供通孔和表面貼裝兩種封裝形式，非常適合車(chē)載充電應用，同時(shí)也適用于為低電壓車(chē)輛系統供電的直流-直流降頻轉換器。
圖 3：車(chē)載 EV 充電器設計
電池管理系統（BMS）
BMS 可精確測量多節電池的電流、電壓和溫度，并且必須符合主要路徑（精度）和次要路徑（過(guò)電流/安全/冗余）的汽車(chē)安全完整性等級（ASIL）規范。該系統使用電流檢測電阻來(lái)測量寬范圍（10A 到 3000A）的電流。它定期測量高電壓總線(xiàn)和電池電壓，同時(shí)使用高精度溫度傳感器主動(dòng)監測電池溫度。隨著(zhù)電池組中電池數量的增加，需要具有更多通道和更高采樣率的模數轉換器（ADC）來(lái)幫助提高系統效率，并提供更快的故障響應速度。這一附加功能意味著(zhù)保護熔斷器的作用是至關(guān)重要的，由于可在更高電壓和溫度條件下可靠運行的 800V 汽車(chē)級機電繼電器的選擇受限，因此與傳統機電方法相比，我們具有行業(yè)領(lǐng)先的抗雪崩性能的 SiC MOSFET 更適合實(shí)現電子熔斷器。
圖 4：EV BMS
牽引逆變器/電機功率控制單元
EV 的電機驅動(dòng)系統由電動(dòng)機和電機控制單元/逆變器組成。逆變器將來(lái)自電池系統的直流電壓轉換為驅動(dòng)電機所需的交流電流。據估計，功率半導體占電機驅動(dòng)系統成本的 30-40%。通過(guò)利用我們的 SiC 分立器件提供的更高功率密度、效率、工作溫度和更小的外形尺寸，設計師可以?xún)?yōu)化成本。
圖 5：EV 牽引逆變器
我們的 SiC 價(jià)值定位
我們擁有豐富且不斷擴展的 SiC 芯片、分立元件、模塊和數字可編程柵極驅動(dòng)器解決方案，這構成了我們全面 EV 設計解決方案的一部分。借此，設計師可以輕松自信地在其設計中采用 SiC。我們的 SiC 產(chǎn)品組合提供無(wú)與倫比的可靠性和性能，能夠最大限度地減少現場(chǎng)故障，并且無(wú)需在子系統設計中采用冗余。
我們也清楚地意識到，高性能 SiC 元件需要先進(jìn)的封裝來(lái)充分發(fā)揮其優(yōu)勢，因此我們的產(chǎn)品采用了低電感封裝。我們在汽車(chē)應用領(lǐng)域擁有良好的記錄、可持續的商業(yè)模式、安全的供應鏈以及持續創(chuàng )新的理念，這些優(yōu)勢確保我們能夠建立長(cháng)期發(fā)展的合作伙伴關(guān)系。在 EV 應用中轉向 SiC 時(shí)，相信我們可以助您一臂之力。
（來(lái)源：Microchip,作者：Orlando Esparza）
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