【導讀】雖然“續航焦慮”一直存在，但混合動力

、純電動等各種形式的電動汽車 (EV) 正zheng被bei越yue來lai越yue多duo的de人ren所suo接jie受shou。汽qi車che製zhi造zao商shang繼ji續xu努nu力li提ti高gao電dian動dong汽qi車che的de行xing駛shi裏li程cheng並bing縮suo短duan充chong電dian時shi間jian，以yi克ke服fu這zhe個ge影ying響xiang采cai用yong率lv的de重zhong要yao障zhang礙ai。電dian動dong汽qi車che的de易yi用yong性xing和he便bian利li性xing受shou到dao充chong電dian方fang式shi的de顯xian著zhu影ying響xiang。由you於yu高gao功gong率lv充chong電dian站zhan數shu量liang有you限xian，相xiang當dang一yi部bu分fen車che主zhu仍reng然ran需xu要yao依yi賴lai車che載zai充chong電dian器qi (OBC) 來為電動汽車充電。為了提高車載充電器的性能，汽車製造商正在探索采用碳化矽 (SiC) 等新技術。這篇技術文章將探討車載充電器的重要性，以及半導體開關技術進步如何推動車載充電器的性能提升到全新水平。

如今市場上有多種使用不同推進係統的汽車，包括僅由內燃機 (ICE) 提供動力的汽車
、結合使用內燃機和電力係統的混合動力汽車 (xHEV) 和純電動汽車 (xEV)。xHEV 包括兩種不同類型的汽車
，分別為輕度混合動力電動汽車 (MHEV) 和全混合動力電動汽車 (FHEV)。 

MHEV 主要依靠內燃機，同時集成了一個小型電池（通常為 48V）。但是，MHEV 無法僅依靠電力行駛，電動機旨在幫助適度降低油耗。

相比之下，FHEV 具有更強的靈活性，因為它可以無縫結合使用內燃機和電動機，其中電動機由電池供電（通常工作電壓範圍為 100-300 V）。FHEV 還可以利用製動能量回收技術為電池充電，利用製動過程中捕獲的能量來提高效率。

所有 xEV
，包括插電式混合動力電動汽車和純電池電動汽車 (BEV)，都配備再生製動係統。然而，由於具有較大的電池容量
，這些汽車在很大程度上依賴車載充電器進行充電。

圖 1：如今存在多種多樣的電動汽車
，包括 MHEV
、FHEV
、PHEV 和 BEV

最簡單的充電方式差不多就是通過線纜將電動汽車車載充電器連接到牆上插座（通常需要接地故障保護）。盡管這種充電方式非常便利，但大多數住宅 1 級係統（或 J1772 標準中定義的 SAE AC 1 級）的工作功率約為 1.2 kW，充電一小時隻能增加 5 英裏的裏程[充電一小時增加的裏程數根據汽車能耗為 0.21 kWh/英裏或 13 kWh/100 km 來估算。 ]。2 級係統（或 SAE AC 2 級）通常使用電網的多相交流供電，最常見於公共建築和商業設施。功率最高可達 22 kW，充電一小時可以增加 90 英裏的裏程。

無論是 1 級還是 2 級ji充chong電dian器qi，都dou是shi為wei電dian動dong汽qi車che提ti供gong交jiao流liu電dian
，因yin此ci車che載zai充chong電dian器qi是shi將jiang交jiao流liu輸shu入ru轉zhuan換huan為wei直zhi流liu輸shu出chu來lai為wei電dian池chi充chong電dian的de關guan鍵jian。目mu前qian
，市shi麵mian部bu署shu的de大da多duo數shu充chong電dian器qi都dou是shi 2 級充電器。

大功率直流充電樁通常稱為 3 級
、SAE 1 級和 2 級直流充電樁或 IEC 模式 4 充電器

，它輸出直流電壓，可以直接為電池充電
，而無需車載充電器。這些直流充電樁的功率範圍從 50 kW 到超過 350 kW，可以在大約 15-20 分鍾內充電至電池容量的 80%。考慮到高功率水平和需要對電網基礎設施進行改造，盡管快速充電站的數量正在迅速增加，但仍然相對有限。

許多汽車製造商目前正在將 400V 電池改為 800V 電池。這種轉變旨在通過提高係統效率
、提升性能、加快充電速度和減輕線纜和電池重量來延長電動汽車的續航裏程。

車載充電器分析

車載充電器通常是二級電源轉換器
，由功率因子校正級 (PFC) 和隔離型 DC-DC 轉換器級組成。需要注意的是
，雖然非隔離型配置是可行的，但很少使用。功率因子校正級對交流供電進行整流
，將功率因子保持在 0.9 以上，並為 DC-DC 級生成調節的總線電壓。

過guo去qu幾ji年nian中zhong，市shi場chang對dui雙shuang向xiang係xi統tong的de需xu求qiu顯xian著zhu增zeng加jia。雙shuang向xiang係xi統tong讓rang電dian動dong汽qi車che能neng夠gou提ti供gong從cong電dian池chi到dao電dian源yuan的de反fan向xiang功gong率lv流liu
，以yi支zhi持chi各ge種zhong用yong途tu
，例li如ru動dong態tai平ping衡heng電dian網wang負fu載zai（V2G：車輛到電網）或管理電網停電（V2L：車輛到負載）。

傳chuan統tong的de功gong率lv因yin子zi校xiao正zheng方fang法fa涉she及ji到dao結jie合he使shi用yong二er極ji管guan整zheng流liu橋qiao與yu升sheng壓ya轉zhuan換huan器qi。整zheng流liu橋qiao將jiang交jiao流liu電dian壓ya轉zhuan換huan為wei直zhi流liu電dian壓ya，而er升sheng壓ya轉zhuan換huan器qi則ze負fu責ze升sheng高gao電dian壓ya。該gai基ji本ben電dian路lu的de增zeng強qiang版ban本ben采cai用yong交jiao錯cuo式shi升sheng壓ya拓tuo撲pu，通tong過guo並bing聯lian多duo個ge轉zhuan換huan器qi級ji，以yi減jian少shao紋wen波bo電dian流liu並bing提ti高gao效xiao率lv。這zhe些xie功gong率lv因yin子zi校xiao正zheng拓tuo撲pu通tong常chang采cai用yong矽gui技ji術shu，如ru超chao結jie MOSFET 和低 Vf 二極管。

隨著寬禁帶 (WBG) 功率開關的出現，特別是 SiC 功率開關，新的設計方法得以實現。這類功率開關具有較低的開關損耗
、較低的 R_DS(on) 和低反向恢複體二極管優勢。

在中高功率的功率因子校正應用（通常為 6.6 kW 及以上）中，無橋圖騰柱拓撲變得越來越普及。如圖 2 所示，在這種拓撲中，慢橋臂 (Q5-Q6) 以電網頻率 (50-60 Hz) 開關，而快橋臂 (Q1-Q4) 則會進行電流整形和升壓

，並在硬開關模式下以更高頻率（通常為 65-110 kHz）運行。盡管無橋圖騰柱拓撲大幅提高了效率並減少了功率元件的數量，但它提高了控製方麵的複雜性。

圖 2：無橋圖騰柱拓撲

DC-DC 級(ji)通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)隔(ge)離(li)式(shi)拓(tuo)撲(pu)，使(shi)用(yong)變(bian)壓(ya)器(qi)提(ti)供(gong)隔(ge)離(li)，主(zhu)要(yao)目(mu)的(de)是(shi)根(gen)據(ju)電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)狀(zhuang)態(tai)調(tiao)節(jie)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)。盡(jin)管(guan)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)半(ban)橋(qiao)拓(tuo)撲(pu)，但(dan)當(dang)前(qian)主(zhu)要(yao)采(cai)用(yong)雙(shuang)有(you)源(yuan)橋(qiao) (DAB) 轉換器方案，例如諧振轉換器（比如 LLC、CLLC）或相移全橋 (PSFB) 轉換器。近來，諧振轉換器
，特別是 LLC 和 CLLC
，因其具備多項優勢而受到廣泛關注
，具體優勢包括寬軟開關工作範圍

、雙向工作能力以及將諧振電感和變壓器整合到單個功率變壓器中的便利性。

圖 3：雙向 DC-DC 允許在用電高峰期間將電力返回電網

車載充電器應用中的 SiC

對於 400 V 電池組，通常首選 SiC 650 V 器件。然而，對於 800 V 結構，由於具有更高的電壓要求，因此需要使用額定電壓為 1200 V 的器件。

車載充電器領域采用 SiC 的原因是其各項品質因數 (FOM) 表現出色。SiC 在單位麵積的具體 R_DS(on)、開關損耗、反向恢複二極管和擊穿電壓方麵具備優勢。這些優勢使得基於 SiC 的方案能夠在更高的溫度下可靠地運行。利用這些出色的性能特點，可以實現更高效、更輕量的設計。因此，係統可以實現更高的功率水平（最高可達 22 kW）
，而這是使用基於矽的傳統方案（如 IGBT 或超結）難以實現的。

suirandiandongqichecaiyonggenggaogonglvdechezaichongdianqikenengbuhuizhijieyingxiangqichedexuhanglicheng
，dantanenggouxianzhusuoduanchongdianshijian

，youzhuyujiejuexuhangjiaolvwenti。weileshixiangengkuaidechongdiansudu

，chezaichongdianqidegonglvzhengzaibuduantigao。SiC 技術發揮著至關重要的作用，使這些係統變得更加高效，確保高效地轉換電網電力，避免能源浪費。該技術使人們能夠設計更緊湊
、輕量和可靠的車載充電器係統。 

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