方案概述

　　车载充电机，俗称慢充，是指安装在电动汽车上的充电机，具有为电动汽车电池自动安全充电的能力，充电机可依据电池管理系统(BMS)提供的数据，动态调节充电电流或电压参数，完成充电过程。当前，电动汽车充电时间长是其一大痛点，随着人们对快速充电的需求越来越高，大功率车载充电机将是未来的一个发展趋势。然而，对于大功率车载充电机来说，体积、效率和散热是一个必须要面对的挑战。本方案选用的器件在保证大功率的同时尽可能地减少体积——小体积也有大能量。

　　器件优势

　　• 1200V/20A基于碳化硅(SIC)技术的零反向恢复电流功率二极管 C4D20120D，可显著提高车载充电机PFC的开关频率和输出母线电压，大幅提高PFC的功率因素及功率效率，减小电感和散热器的体积，适用6.6KW高效率小体积的车载充电机PFC方案;

【C4D20120D】

20-A, 1200-V, Z-Rec® Schottky TO-247-3 package (2 x 10 A)

See our complete list of reference designs for examples of popular topologies commonly used with SiC today. Download our LTspice or PLECS models or try our SpeedFit design simulator.

Benefits

Replace bipolar with unipolar rectifiers

Essentially no switching losses

Higher efficiency

Reduction of heat-sink requirements

Parallel devices without thermal runaway

Features

1.2-kV Schottky rectifier

Zero reverse recovery current

High-frequency operation

Temperature-independent switching

Positive temperature coefficient on VF

Blocking Voltage： 1200 V

Current Rating： 20 A

Package： TO-247-3

Technology： C4D

Maximum Continuous Current (IF) ：33 A per device @ 135°C

Total Capacitive Charge (QC (Typ))： 52 nC per leg

Total Power Dissipation (PTOT)： 176 W per leg @ 25°C

Lead-Frame Materials： 100% matte tin solder finish over a copper lead-frame

　　• 900V/36A(65mΩ)基于碳化硅(SIC)技术的低开关损耗(316μJ)功率MOSFET C3M0065090D，利用其正温度系数的特点，2颗并联使用，8颗组成2电平的双变压器LLC串联谐振全桥逆变器。输入直流母线电压范围：650VDC~750VDC，开关频率最大可达400KHz，谐振频率200KHz，简化了LLC串联谐振全桥逆变器的设计，提高了功率效率和功率密度，减小了电感和散热器的体积;

【C3M0065090D】

Silicon Carbide Power MOSFET C3M Planar MOSFET Technology N-Channel Enhancement Mode

Wolfspeed introduces its latest breakthrough in SiC power device technology: the industry’s first 900-V MOSFET platform. Optimized for high frequency power electronics applications, including renewable energy inverters, electric vehicle charging systems, and three-phase industrial power supplies, the new 900-V platform enables smaller and higher efficiency next-generation power conversion systems at cost parity with silicon-based solutions.

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Features

High-speed switching with low capacitances

High blocking voltage with low RDS(on)

Avalanche ruggedness

Fast intrinsic diode with low reverse recovery (Qrr)

Easy to parallel and simple to drive

参数

Blocking Voltage： 900 V

Current Rating At 25°C ：36 A

Rds(On) At 25°C： 65 mΩ

Package： TO-247-3

Gate Charge Total： 30 nC

Maximum Junction Temperature： 150 °C

Reverse-Recovery Charge (Qrr)： 134 nC

Reverse-Recover Time (Trr)： 30 ns

　　• 1200V/20A基于碳化硅(SIC)技术的零反向恢复电流功率二极管 C4D20120D，可显著提高车载充电机DC/DC的开关频率和输出电压范围，大幅提高整流输出的功率效率及输出动态范围，减小电感和散热器的体积，适用6.6KW高效率小体积的车载充电机DC/DC的整流输出(200V~700V)方案。

【C4D20120D】

20-A, 1200-V, Z-Rec® Schottky TO-247-3 package (2 x 10 A)

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Benefits

Replace bipolar with unipolar rectifiers

Essentially no switching losses

Higher efficiency

Reduction of heat-sink requirements

Parallel devices without thermal runaway

Features

1.2-kV Schottky rectifier

Zero reverse recovery current

High-frequency operation

Temperature-independent switching

Positive temperature coefficient on VF

参数

Blocking Voltage： 1200 V

Current Rating： 20 A

Package： TO-247-3

Technology： C4D

Maximum Continuous Current (IF)： 33 A per device @ 135°C

Total Capacitive Charge (QC (Typ)) ：52 nC per leg

Total Power Dissipation (PTOT)： 176 W per leg @ 25°C

Lead-Frame Materials： 100% matte tin solder finish over a copper lead-frame

       【车载充电机】

　　车载充电机是指固定安装在电动汽车上的充电机，具有为电动汽车动力电池，安全、自动充满电的能力，充电机依据电池管理系统(BMS)提供的数据，能动态调节充电电流或电压参数，执行相应的动作，完成充电过程。

　　车载充电机是指固定安装在电动汽车上的充电机，具有为电动汽车动力电池，安全、自动充满电的能力，充电机依据电池管理系统(BMS)提供的数据，能动态调节充电电流或电压参数，执行相应的动作，完成充电过程

　　新能源汽车充电系统有许多分类方法。按照充电系统与公共电网是否直接接触，分为接触式充电系统和感应式充电系统。接触式充电系统具有结构简单、成本较低、电能传输效率高等特点，是目前主流的充电系统。感应式充电系统小需要电源插座或充电电缆，电能通过埋在路而内的充电板无线传送给车内的动力电池实现充电，感应式充电系统具有通用性强、操作简单、节约人力成本、节省土地资源等优点)但结构复杂、效率较低、成本较高，目前小范围应用于公交车等公共充电领域 。

　　充电机按照充电系统是否安装在车上，分为车载充电系统和非车载充电系统。车载充电系统安装在车辆内部，具有体积小、冷却和封闭性好、重量轻等优点，但功率普遍较小，充电所耗时间长;非车载充电系统安装在新能源汽车外部，具有规模大、使用范围广、功率大等优点，但体积大、重量大、不易移动，主要适用于新能源汽车的快速充电。

　　充电机按照充电所耗时问，分为慢充系统和快充系统，分别对应直流供电和交流供电两种充电模式。充系统主要由车辆外部至供电端线缆、充电接口及线缆、车载充电、高压线束、高压配电设备、动力电池及其控制器等构成。充电桩或家用交流电源通过车辆接口及线束与车载充电机连接，将交流220V电源转换为直流电，给动力电池进行充电。充电过程由车载充电机与BMS之问进行CAN通信交互，保证充电过程的安全。相较慢充系统，快充系统架构较为简单，涉及到的车端零部件仅为充电接口、快充线束、动力电池及其控制器。快充系统供电设备为充电桩，充电桩内部包含电源模块、计费系统、通信及控制系统、读卡及授权系统等。快充系统将三相380V工业电直接转成直流电给动力电池进行充电，充电过程由充电系统的通信模块与BMS进行通信以保证安全。

　　②充电机充电方式

　　电池采用不同的充电方法对电池寿命会有不同程度的影响，采用适当的充电方式对延长电池的使用寿命意义重大。

　　常见的车载充电机充电方式有恒压充电、直流充电、阶段性充电、脉冲充电等。恒压充电，在整个充电过程中充电电压保持不变，充电电流随着充电时问的增加而逐渐减小，当充电电流小于一定值后停比充电。整个充电过程中能耗较小，能有效避免电池过充，控制简单，易于操作。但往往待充电电池的初始电压值较小，导致充电初期的充电电流很大，过大的电流一方面会造成电池极化现象的发生，影响充电速度;另一方面造成电池温度迅速提升，严重时容易烧坏电池，酿成事故。所以在充电开始阶段，需要对充电电流值进行限制，让电池保持在一个可接受的电流范围内充电。

　　直流充电开始时以恒定的电流为动力电池充电，将要充满时，改用恒定的小电流进行浮充充电，用来充足剩余电量和补偿电池自放电，当充电电压达到额定电压时停比充电。恒流充电避免了恒压充电电流过大的问题，电流始终被限制在电池组可接受的范围内。

　　阶段性充电根据实际应用情况可以分为两阶段或者三阶段充电。第一阶段为恒流充电，用大电流快速给电池充电，使电池的电压达到一定电压值(根据动力电池组电压设老;第二阶段为恒压充电，用比恒流小点的电流继续对电池充电，降低电池的产气量;第三阶段为浮充充电，以涓流给电池充电，确保电池能够充满，当控制系统检测充电电流小于一定设定值时，结束充电。阶段性充电结合了恒压与恒流充电方式的优点，有利于减少电池的极化，避免了过充和大电流充电冲击。目前，充电大多采用阶段性充电。

　　恒压充电、恒流充电和阶段性充电的充电电压和电流是连续的，没有给电池足够的休息时问来消除极化现象，极化可以引起电池过热，析气等现象，限制充电速度，严重时影响电池寿命。脉冲充电方式和正负脉冲充电方式采用不连续的充电电流，能有效地减少或消除极化现象的发生，加快充电速度和延缓电池的使用寿命。

　　脉冲充电方式采用脉冲充电问歇为电池提供充足的休息时问，有利于电池内部的活性物充分反应，有效地减少和消除极化现象的发生，并可以采用较大的电流充电，而不必担心电池过热，能有效提高充电效率、缩短充电时问、延缓电池寿命。

　　正负脉冲充电方式是对脉冲充电方式的改进，整个充电过程中包括正脉冲充电、问歇休息和负脉冲放电。首先进行正脉冲充电，休息一段时问后，再对其进行短暂的负脉冲放电。对电池短暂的负脉冲放电能有效去除极化现象的发生，加快电池内部的电化学反应，降低电池温度，虽然损失了部分电能，但能够使电池以较高的充电电流充电，能有效加快充电速度和提高充电效率，延缓电池寿命。