羅姆為電動汽車充電樁打造高效解決方案

引言

全球能源短缺和大氣污染問題日益嚴峻，汽車產(chǎn)業(yè)綠色低碳發(fā)展已成為降低全社會碳排放、增強國家競爭力的有效手段。作為領先的功率半導體廠商之一，羅姆一直致力于技術創(chuàng)新，研發(fā)各種高效、高品質的功率器件，為大功率智能充電站提供安全可靠的解決方案，在支持綠色出行的同時助力全面低碳社會的可持續(xù)發(fā)展。

縮短充電時間的高輸出挑戰(zhàn)

對電動汽車車主來說，縮短充電時間是非常重要的訴求，而大功率充電是其中關鍵的支撐技術。提升續(xù)航距離需要増加電池容量，為縮短充電時間，需要高輸出能力的充電樁，如360kW的充電樁要搭載9個40kW的電源模塊。在電路拓撲方面，單向充電樁使用三相Vienna整流LLC電路。基于純電動車對電網(wǎng)、家庭供電的需求，雙向充電樁也趨于使用三相B6-PFC+雙有源橋電路。

無論哪一種充電樁，客戶都在一如既往地重視高品質的同時，隨著輸出功率的提高而追求高效化和熱管理。對此，羅姆以功率器件為中心提供各種解決方案，滿足各種客戶需求。根據(jù)使用器件的不同，羅姆提供兩類充電樁解決方案。一是碳化硅器件解決方案，適用于追求高效、小型化的大功率充電樁。二是硅器件解決方案，包括相對于碳化硅器件來說性價比較好的超級結MOS和IGBT。

• 針對單向充電樁：面向大功率Vienna PFC+LLC電路拓撲的方案

Vienna整流＋LLC構成了充電樁的基本電路。如果考慮設備成本，羅姆推薦使用硅器件、FRD（快恢復二極管）方案；如果需要高功率密度和高效率，則推薦使用碳化硅 MOS/SBD方案。

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Vienna PFC+LLC電路和器件示例

PFC部分更適合使用碳化硅器件，理由有二：其一，高溫時導通電阻增加較少，能實現(xiàn)高效率，同時可抑制發(fā)熱，使用更小的散熱板；其二，碳化硅器件的恢復損耗非常小，開關損耗較小，能夠提高工作頻率，有助于輸入線圈的小型化。作為硅器件解決方案，也可以使用具有高速開關的羅姆SJ-MOSFET“R65xKN系列”以及IGBT“RGW系列”。

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Vienna PFC拓撲推薦器件

其次，對于LLC部分，羅姆通過高耐壓1200V 碳化硅MOS來削減部件個數(shù)。通過將1200V 碳化硅MOS應用于LLC部分，可以將Stack型的LLC電路變更為下述Single型。具備高耐壓、高速開關特點的碳化硅器件給Single LLC帶來以下優(yōu)點：

• 減少功率器件數(shù)量，節(jié)省空間，簡化電路，降低故障率；

• 減少控制元件數(shù)量，簡化驅動電路，減少MCU使用數(shù)、減少端口數(shù)。

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碳化硅MOS可以實現(xiàn)Single LLC的優(yōu)勢

• 針對雙向充電樁：面向三相B6-PFC電路拓撲的解決方案

羅姆針對雙向充電樁的三相B6-PFC拓撲的方案使用1200V 碳化硅MOS，它具有以下優(yōu)點：

• 受高溫影響小；
• 高速恢復性能有助于可實現(xiàn)輸入線圈、絕緣變壓器的小型化
• 抑制偏共振時的破壞風險

20kW以下使用1200V開關元器件，例如高效率的碳化硅MOSFET “SCT3xxxKx（1200V/17-95A）”或標準IGBT “RGSxxTSX2”。在20kW以上的應用中，可以選擇全碳化硅功率模塊“BSMxxxD1xPxCxxx/Exxx/Gxxx（1200-1700V/80-600A/Half-Bridge）”，實現(xiàn)雙有源橋諧振變換器（絕緣雙向DC-DC）。

三相B6-PFC+雙有源橋電路拓撲推薦器件

• 針對充電樁二次電源系統(tǒng)的解決方案

針對充電樁系統(tǒng)中的二次部分（控制器，驅動部分），羅姆也有非常多的產(chǎn)品可供選擇，其中在電源方面，有電源樹形式的提案，從HV-DCDC到DCDC或LDO。

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電源樹形式的提案

2021年5月，羅姆推出了高耐壓、大電流、內置MOSFET的降壓型DC/DC轉換器IC“BD9G500EFJ-LA”，既可實現(xiàn)小型高效，又確保即使受到雷電等突發(fā)性浪涌電壓也不會損壞；同時以大電流支持更多的功能。

新產(chǎn)品是非隔離型DC/DC轉換器IC，采用BiCDMOS高耐壓工藝，可提供先進工業(yè)設備所需的電源功能。適用于48V電源系統(tǒng)，具有超高的80V耐壓，安全工作范圍更寬，與同等輸出電流的普通產(chǎn)品相比，耐壓提高了約20％。其足夠的余量可以應對突發(fā)性浪涌電壓，有助于提高應用的可靠性。

此外，還實現(xiàn)了耐壓60V以上DC/DC轉換器IC中超高的5A最大輸出電流，有助于實現(xiàn)更多功能的小型化充電樁。另外，內置低損耗MOSFET可在2A至5A寬輸出電流范圍內實現(xiàn)高達85%的功率轉換效率，更加節(jié)能。

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與普通產(chǎn)品相比，耐壓提高約20％

助客戶研發(fā)一臂之力
在客戶開發(fā)流程的各個階段，羅姆提供全方位的應用支持，包括器件選型、電路設計、電路驗證，到基板設計和實機驗證。羅姆還特別針對客戶在產(chǎn)品設計中比較花費工夫的3項技術提供重點支持：

• 熱設計支持

通過包括印刷板在內的熱模擬，可以在PCB發(fā)板之前驗證熱設計。如果發(fā)生熱問題，可以通過實測和模擬提出改進建議。

• EMC（噪音）設計支持

在構想、設計、試制階段，由支持過眾多客戶、有豐富經(jīng)驗的工程師進行分析，支持客戶解決EMC問題。

• 仿真技術支持

客戶可以利用羅姆官網(wǎng)上的仿真工具ROHM Solution Simulator簡單輕松地進行電路仿真和系統(tǒng)驗證。在接近實際環(huán)境的解決方案電路中，同時驗證碳化硅功率元器件和驅動IC，從而顯著縮短應用開發(fā)周期。

綠色，“充”向未來

作為全球功率半導體特別是碳化硅技術創(chuàng)新的領導者之一，羅姆持續(xù)提供安全可靠的功率半導體解決方案，來滿足各種場景電動汽車充電需求。未來，羅姆將積極推動技術創(chuàng)新，為構建綠色、智能、安全的充電生態(tài)提供更多安全可靠的充電解決方案，助力全面低碳社會的可持續(xù)發(fā)展。