宽禁带为电动汽车提供更快充电的能力

由  Brandon Becker 发布  - 2020-04-03 

提供所需的功率水平以安全高效地实现更快的电动汽车(EV)充电和支持加速采用并非易事。基于硅的开关器件的进一步显著改进变得越来越具有挑战性,领先的半导体器件制造商如安森美半导体正采用新材料提供具有电动汽车快速充电所需性能的方案。所谓宽禁带(WBG)材料,包括氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC),都在电动汽车充电相关的电源设计中展现出显著优势。

电动汽车及其类似的混合动力电动汽车(HEV)在道路上越来越普遍,尤其是在电动汽车充电桩日益普及的城市地区。尽管环保游说团体和政府对采用这些新车辆施加了巨大压力,但许多人会说,到目前为止,这种采用一直令人失望。

与电动汽车有关的常见障碍

里程焦虑(担心驾驶员会被困于无充电桩的路上)已被认可为销售缓慢的原因之一,但是随着充电点的增加,这种情况正在减少,尤其是对于较短路程和更多城市地区的常规通勤。在许多情况下,可以在家里充电一整夜,以备第二天的通勤或旅行需要。充电点的增加在全球范围内有所不同,在某些国家如中国,污染导致非常具体的目标得以更快地推进。

但是,对于行程超出汽车电池容量的情况,即使有充电桩,也存在另一个问题。电池充电过程太长了,在某些情况下很难在一天之内完成300英里的旅程。这不便是减缓电动汽车普及的另一个因素。

当前,有多个充电级别。最基本的(1级)涉及将车辆插入普通的插座并等待。能提供3 kW的交流电,充满电需要多达十个小时,这对于整夜充电是可行的。2级也可在家庭环境中使用,因为它可以从三相电源提供高达10 kW的功率,使充满电所花时间减少到约三个小时,这对于在进行参加会议、购物或外出吃饭等活动时同时充电更为可行。

但是,基于交流的充电有两个主要缺点:首先,它需要多达几个小时,因此在旅途中并不方便,尤其是在为燃油车辆加油仅需几分钟时。另外,由于车辆电池需要直流电来充电,因此需要车载AC-DC转换器,这增加了车辆的重量并降低了能效,因而减小了里程。

商用充电桩的功率较高,并且往往主要使用直流电直接为电池充电,没有AC-DC转换器的重量和能效损失。 3级充电桩能提供高达75 kW的功率,可在30分钟左右把完全耗尽的电池充满电。虽然不像给燃油车加油那样方便,但现在已经达到了可以在长途旅行中接受的水平。

最高功率水平由4级提供,约为250 kW,提供足以在约六分钟内充满一块空电池的电量。随着向电动汽车的过渡继续进行,只要部署足够数量的这些充电桩,对电动汽车的“充电便利性”异议就会消除。

安森美半导体提供什么样的方案以解决这些障碍

安森美半导体正开发和推出的基于WBG材料的器件可以提供该领域设计工程师所需的性能和特性。 SiC和GaN都具有较低的导通电阻(RDS(ON)),因而静态损耗较低,且具有较低的门极电荷值(Qg),可降低开关损耗。因此,基于WBG的电源设计可在更高的频率下工作,从而减小了磁性器件的尺寸及方案的整体尺寸。

WBG还有助于将电容器和电感器的值减少约75%。这显著降低了无源和磁性元器件的成本,从而抵消了开关器件的较高成本。因此,基于WBG的高性能、高能效电源设计现已达到了比等效的硅基设计更低的成本(且性能更好)。

安森美半导体提供构建基于维也纳整流器的充电方案所需的所有器件。我们提供广泛的1200V SiC肖特基二极管阵容,如1200V、30 A FFSH30120A,无反向恢复电流,且具有不受温度影响的开关特性。此外,我们还提供各种先进的SiC MOSFET,如NVHL080N120SC1NVHL020N120SC1,导通电阻(RDS(ON))从80mOhm到20mOhm,具有低门极电荷和电容,降低电磁干扰(EMI)并支持更快的运行。

SiC器件需要先进的门极驱动器来确保最佳性能,而NCP51705为SiC MOSFET提供最大允许的门极电压以确保尽可能最低的导通损耗。

马上了解有关电动汽车充电桩的更多信息,以及在电动汽车充电桩中利用WBG可如何有益于您的设计!

标签:MOSFET, Industrial, Automotive, Power Supply, Networking and Telecommunications
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