寬禁帶為電動汽車提供更快充電的能力
發布時間:2021-05-04 來源:Brandon Becker 責任編輯:wenwei
【導讀】提供所需的功率水平以安全高效地實現更快的電動汽車(EV)充電和支持加速采用並非易事。基於矽的開關器(qi)件(jian)的(de)進(jin)一(yi)步(bu)顯(xian)著(zhu)改(gai)進(jin)變(bian)得(de)越(yue)來(lai)越(yue)具(ju)有(you)挑(tiao)戰(zhan)性(xing),領(ling)先(xian)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)製(zhi)造(zao)商(shang)如(ru)安(an)森(sen)美(mei)半(ban)導(dao)體(ti)正(zheng)采(cai)用(yong)新(xin)材(cai)料(liao)提(ti)供(gong)具(ju)有(you)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)所(suo)需(xu)性(xing)能(neng)的(de)方(fang)案(an)。所(suo)謂(wei)寬(kuan)禁(jin)帶(dai)(WBG)材料,包括氮化镓(GaN)和碳化矽(SiC),都在電動汽車充電相關的電源設計中展現出顯著優勢。
電動汽車及其類似的混合動力電動汽車(HEV)在zai道dao路lu上shang越yue來lai越yue普pu遍bian,尤you其qi是shi在zai電dian動dong汽qi車che充chong電dian樁zhuang日ri益yi普pu及ji的de城cheng市shi地di區qu。盡jin管guan環huan保bao遊you說shuo團tuan體ti和he政zheng府fu對dui采cai用yong這zhe些xie新xin車che輛liang施shi加jia了le巨ju大da壓ya力li,但dan許xu多duo人ren會hui說shuo,到dao目mu前qian為wei止zhi,這zhe種zhong采cai用yong一yi直zhi令ling人ren失shi望wang。
與電動汽車有關的常見障礙
裏程焦慮(擔心駕駛員會被困於無充電樁的路上)已yi被bei認ren可ke為wei銷xiao售shou緩huan慢man的de原yuan因yin之zhi一yi,但dan是shi隨sui著zhe充chong電dian點dian的de增zeng加jia,這zhe種zhong情qing況kuang正zheng在zai減jian少shao,尤you其qi是shi對dui於yu較jiao短duan路lu程cheng和he更geng多duo城cheng市shi地di區qu的de常chang規gui通tong勤qin。在zai許xu多duo情qing況kuang下xia,可ke以yi在zai家jia裏li充chong電dian一yi整zheng夜ye,以yi備bei第di二er天tian的de通tong勤qin或huo旅lv行xing需xu要yao。充chong電dian點dian的de增zeng加jia在zai全quan球qiu範fan圍wei內nei有you所suo不bu同tong,在zai某mou些xie國guo家jia如ru中zhong國guo,汙wu染ran導dao致zhi非fei常chang具ju體ti的de目mu標biao得de以yi更geng快kuai地di推tui進jin。
但(dan)是(shi),對(dui)於(yu)行(xing)程(cheng)超(chao)出(chu)汽(qi)車(che)電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)的(de)情(qing)況(kuang),即(ji)使(shi)有(you)充(chong)電(dian)樁(zhuang),也(ye)存(cun)在(zai)另(ling)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti)。電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)過(guo)程(cheng)太(tai)長(chang)了(le),在(zai)某(mou)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)很(hen)難(nan)在(zai)一(yi)天(tian)之(zhi)內(nei)完(wan)成(cheng)300英裏的旅程。這不便是減緩電動汽車普及的另一個因素。
當前,有多個充電級別。最基本的(1級)涉及將車輛插入普通的插座並等待。能提供3 kW的交流電,充滿電需要多達十個小時,這對於整夜充電是可行的。2級也可在家庭環境中使用,因為它可以從三相電源提供高達10 kW的功率,使充滿電所花時間減少到約三個小時,這對於在進行參加會議、購物或外出吃飯等活動時同時充電更為可行。
但是,基於交流的充電有兩個主要缺點:首(shou)先(xian),它(ta)需(xu)要(yao)多(duo)達(da)幾(ji)個(ge)小(xiao)時(shi),因(yin)此(ci)在(zai)旅(lv)途(tu)中(zhong)並(bing)不(bu)方(fang)便(bian),尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)為(wei)燃(ran)油(you)車(che)輛(liang)加(jia)油(you)僅(jin)需(xu)幾(ji)分(fen)鍾(zhong)時(shi)。另(ling)外(wai),由(you)於(yu)車(che)輛(liang)電(dian)池(chi)需(xu)要(yao)直(zhi)流(liu)電(dian)來(lai)充(chong)電(dian),因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)車(che)載(zai)AC-DC轉換器,這增加了車輛的重量並降低了能效,因而減小了裏程。

商用充電樁的功率較高,並且往往主要使用直流電直接為電池充電,沒有AC-DC轉換器的重量和能效損失。 3級充電樁能提供高達75 kW的功率,可在30分鍾左右把完全耗盡的電池充滿電。雖然不像給燃油車加油那樣方便,但現在已經達到了可以在長途旅行中接受的水平。
最高功率水平由4級提供,約為250 kW,提供足以在約六分鍾內充滿一塊空電池的電量。隨著向電動汽車的過渡繼續進行,隻要部署足夠數量的這些充電樁,對電動汽車的“充電便利性”異議就會消除。
安森美半導體提供什麼樣的方案以解決這些障礙
安森美半導體正開發和推出的基於WBG材料的器件可以提供該領域設計工程師所需的性能和特性。 SiC和GaN都具有較低的導通電阻(RDS(ON)),因而靜態損耗較低,且具有較低的門極電荷值(Qg),可降低開關損耗。因此,基於WBG的電源設計可在更高的頻率下工作,從而減小了磁性器件的尺寸及方案的整體尺寸。
WBG還有助於將電容器和電感器的值減少約75%。這顯著降低了無源和磁性元器件的成本,從而抵消了開關器件的較高成本。因此,基於WBG的高性能、高能效電源設計現已達到了比等效的矽基設計更低的成本(且性能更好)。

安森美半導體提供構建基於維也納整流器的充電方案所需的所有器件。我們提供廣泛的1200V SiC肖特基二極管陣容,如1200V、30 A FFSH30120A,無反向恢複電流,且具有不受溫度影響的開關特性。此外,我們還提供各種先進的SiC MOSFET,如NVHL080N120SC1或NVHL020N120SC1,導通電阻(RDS(ON))從80mOhm到20mOhm,具有低門極電荷和電容,降低電磁幹擾(EMI)並支持更快的運行。
SiC器件需要先進的門極驅動器來確保最佳性能,而NCP51705為SiC MOSFET提供最大允許的門極電壓以確保盡可能最低的導通損耗。
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