【導讀】汽車子係統的設計師不斷努力尋找創新的方法來延長 EV 的續航裏程並縮短充電時間。在實現這些目標的過程中

，他們將基於矽的技術在尺寸、重量和電源效率方麵推向物理極限，因而需要轉向碳化矽（SiC）來幫助其應對這些挑戰。

Microchip 消除您轉向碳化矽（SiC）解決方案的疑慮
電動汽車（EV）充電技術創新

汽車子係統的設計師不斷努力尋找創新的方法來延長 EV 的續航裏程並縮短充電時間。在實現這些目標的過程中，他們將基於矽的技術在尺寸
、重量和電源效率方麵推向物理極限
，因而需要轉向碳化矽（SiC）來幫助其應對這些挑戰。與矽相比
，SiC器(qi)件(jian)具(ju)有(you)更(geng)低(di)的(de)導(dao)通(tong)電(dian)阻(zu)和(he)更(geng)快(kuai)的(de)開(kai)關(guan)速(su)度(du)，並(bing)且(qie)能(neng)夠(gou)在(zai)更(geng)高(gao)的(de)結(jie)溫(wen)下(xia)耐(nai)受(shou)更(geng)大(da)的(de)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)。這(zhe)些(xie)特(te)性(xing)結(jie)合(he)其(qi)更(geng)小(xiao)的(de)尺(chi)寸(cun)以(yi)及(ji)更(geng)高(gao)的(de)效(xiao)率(lv)，提(ti)高(gao)了(le)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)，這(zhe)使(shi) SiC成為了許多重要 EV 應用中的關鍵技術。據我們估計，SiC 功率半導體市場有望增長到目前 10 億美元估值的五倍，這並不奇怪。

EV 應用中有幾個新興趨勢可以從我們基於 SiC 的可信解決方案中受益。下麵來看一下 EV 充電基礎設施中的四個要素：

1. EV 充電站
2. 車載充電器
3. 電池管理係統（BMS）
4. 電機功率控製單元

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 級充電器的關鍵安全組件是固態斷路器（SSCB），位於交流輸入和車輛充電連接器之間。由於 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 級充電器可以受益於我們的 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

車載充電器

EV 的車載充電器由交流-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）是一個新興趨勢，因為需要雙向功能來提供功率因數穩定的補償電網功率。我們的 SiC 分立式 MOSFET 提供通孔和表麵貼裝兩種封裝形式，非常適合車載充電應用
，同時也適用於為低電壓車輛係統供電的直流-直流降頻轉換器。

圖 3：車載 EV 充電器設計

電池管理係統（BMS）

BMS 可精確測量多節電池的電流、電壓和溫度，並且必須符合主要路徑（精度）和次要路徑（過電流/安全/冗餘）的汽車安全完整性等級（ASIL）規範。該係統使用電流檢測電阻來測量寬範圍（10A 到 3000A）的(de)電(dian)流(liu)。它(ta)定(ding)期(qi)測(ce)量(liang)高(gao)電(dian)壓(ya)總(zong)線(xian)和(he)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)
，同(tong)時(shi)使(shi)用(yong)高(gao)精(jing)度(du)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)主(zhu)動(dong)監(jian)測(ce)電(dian)池(chi)溫(wen)度(du)。隨(sui)著(zhe)電(dian)池(chi)組(zu)中(zhong)電(dian)池(chi)數(shu)量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)

，需(xu)要(yao)具(ju)有(you)更(geng)多(duo)通(tong)道(dao)和(he)更(geng)高(gao)采(cai)樣(yang)率(lv)的(de)模(mo)數(shu)轉(zhuan)換(huan)器(qi)（ADC）來lai幫bang助zhu提ti高gao係xi統tong效xiao率lv，並bing提ti供gong更geng快kuai的de故gu障zhang響xiang應ying速su度du。這zhe一yi附fu加jia功gong能neng意yi味wei著zhe保bao護hu熔rong斷duan器qi的de作zuo用yong是shi至zhi關guan重zhong要yao的de，由you於yu可ke在zai更geng高gao電dian壓ya和he溫wen度du條tiao件jian下xia可ke靠kao運yun行xing的de 800V 汽車級機電繼電器的選擇受限
，因此與傳統機電方法相比，我們具有行業領先的抗雪崩性能的 SiC MOSFET 更適合實現電子熔斷器。

圖 4：EV BMS

牽引逆變器/電機功率控製單元

EV 的電機驅動係統由電動機和電機控製單元/逆變器組成。逆變器將來自電池係統的直流電壓轉換為驅動電機所需的交流電流。據估計，功率半導體占電機驅動係統成本的 30-40%。通過利用我們的 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
，設計師可以優化成本。

圖 5：EV 牽引逆變器

我們的 SiC 價值定位

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器解決方案，這構成了我們全麵 EV 設計解決方案的一部分。借此

，設計師可以輕鬆自信地在其設計中采用 SiC。我們的 SiC 產品組合提供無與倫比的可靠性和性能
，能夠最大限度地減少現場故障，並且無需在子係統設計中采用冗餘。

我們也清楚地意識到，高性能 SiC 元件需要先進的封裝來充分發揮其優勢，因此我們的產品采用了低電感封裝。我們在汽車應用領域擁有良好的記錄、可持續的商業模式
、安全的供應鏈以及持續創新的理念，這些優勢確保我們能夠建立長期發展的合作夥伴關係。在 EV 應用中轉向 SiC 時，相信我們可以助您一臂之力。

（來源：Microchip,作者：Orlando Esparza）

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