800V車載充電器（OBC）正在穩(wěn)步發(fā)展，為電動(dòng)汽車（EV）提供快速和超快速充電。然而，從現(xiàn)有的400V OBC轉(zhuǎn)向800V OBC直接影響了OBC中存在的半導(dǎo)體器件、二極管橋、微控制器單元（MCU）和變壓器的選擇。

本文討論了這四個(gè)參數(shù)，為在電動(dòng)汽車中轉(zhuǎn)向800V OBC的工程師提供了見解。

半導(dǎo)體器件

400V電動(dòng)汽車OBC允許使用成熟的硅基MOSFET，其典型的標(biāo)準(zhǔn)額定電壓為650V。然而，對(duì)于800V電動(dòng)汽車車載充電器，其MOSFET額定電壓必須增加，因?yàn)樾枰?200V的阻斷電壓能力。

寬帶隙（WBG）器件，如基于SiC的MOSFET，正以其1200V的額定電壓成為成功的替代品。SiC MOSFET比Si MOSFET的一些優(yōu)點(diǎn)是更高的擊穿電壓、更低的導(dǎo)通電阻、更好的散熱和更高的開關(guān)頻率。 

Onsemi開發(fā)了一種專用的半橋SiC模塊NXH010P120MNF1，具有1200V/10mΩ的規(guī)格。該模塊已在25 kW快速直流充電器中進(jìn)行了測試，以支持400和800V電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)，如圖所示。96%的效率、電隔離大電流驅(qū)動(dòng)器和輔助電源解決方案是其中的一些關(guān)鍵特征。

然而，GaN憑借其優(yōu)越的開關(guān)頻率，也在迅速與SiC技術(shù)競爭。一個(gè)例子是英飛凌科技公司在APEC 2023上宣布的11 kW/800V OBC中使用GaN晶體管。該公司聲稱，OBC比SiC更好，功率密度高出36%。

二極管橋

當(dāng)800V OBC連接到120或240V電網(wǎng)時(shí)，交流/直流轉(zhuǎn)換器級(jí)中的二極管橋的額定值必須能夠處理增加的電壓。與400V OBC相比，二極管橋所需的額定電壓加倍。然而，即使二極管橋的期望額定電壓增加，也不意味著損耗增加。 

在800V OBC中，變壓器匝數(shù)比通常加倍以補(bǔ)償更高的電池電壓。這種調(diào)整使變壓器次級(jí)繞組中的電流減半，并將變壓器的整體銅損耗降低了兩倍。通過次級(jí)繞組的電流的減少也降低了二極管橋中的功率損耗。

適用于800V OBC的二極管橋可以具有比400V OBC中使用的更低的內(nèi)阻，從而減少傳導(dǎo)損耗。一個(gè)可以比較的例子是意法半導(dǎo)體的STPSC2006CW（600 V）和STPSC15H12（1200 V）SiC二極管，與前者相比，后者的內(nèi)阻為66 mΩ，額定值為84 mΩ。

控制單元

在選擇更高電壓的電動(dòng)汽車動(dòng)力總成時(shí)，MCU是OBC中經(jīng)常被忽視的組件。雖然用于400V OBC EV動(dòng)力總成的MCU似乎可以用于800V OBC電動(dòng)汽車動(dòng)力總成，但MCU的更高分辨率ADC是必要的。

但即使在我們談?wù)撾妱?dòng)汽車的MCU之前，很明顯，內(nèi)燃機(jī)汽車中使用的傳統(tǒng)MCU不能用于電動(dòng)汽車，如圖4所示。隨著渴望更高開關(guān)頻率的WBG設(shè)備的出現(xiàn)，對(duì)電動(dòng)汽車中使用的復(fù)雜MCU有著明確的需求。

上圖顯示，在OBC中，MCU在控制PFC和LLC部分方面的作用很突出。在這兩個(gè)部分中，必須在轉(zhuǎn)換器的輸入或輸出端處理800V的電壓。

因此，當(dāng)從400V移動(dòng)到800V時(shí)，ADC必須具有更高的分辨率，以有效地控制饋送到半導(dǎo)體開關(guān)的PWM。此外，MCU的更高分辨率ADC，如Stellar E1的12位分辨率，也實(shí)現(xiàn)了高效的電壓和電流傳感。

變壓器

在800V OBC中，變壓器匝數(shù)比（n=N2/N1）通常是400V OBC的兩倍。這種調(diào)整是必要的，以補(bǔ)償較高的電池電壓，并在初級(jí)側(cè)保持類似的電壓和電流波形。

次級(jí)電流的幅度減半，允許使用更薄的次級(jí)繞組。橫截面積的減小有助于將繞組安裝到鐵芯窗口中，并減少傳導(dǎo)損耗。然而，根據(jù)一項(xiàng)研究，由于磁通密度保持不變，變壓器的鐵損沒有受到顯著影響。

總結(jié)

電動(dòng)汽車的快速和超快速充電特性鼓勵(lì)電動(dòng)汽車制造商為OBC提供更高的功率。雖然提高現(xiàn)有400V OBC的功率密度是一項(xiàng)正在進(jìn)行的研究，但800V OBC為支持更快的電動(dòng)汽車充電開辟了新的機(jī)會(huì)。

然而，應(yīng)注意WBG半導(dǎo)體開關(guān)、二極管和變壓器的額定值。MCU必須具有更好的ADC分辨率，以支持800V OBC中的寬電壓擺動(dòng)。

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