分享| 碳化硅在大功率充电桩设计中的应用
hanjin24
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碳化硅MOS的主要优点是开关频率高、导通损耗低、效率更高且热管理系统更简单。电动汽车产业经过了十余年的发展，包括汽车产业链从汽车主机厂，电动汽车关键部件，充电站运营商，充电桩企业，到充电桩部件供应商以及充电标准制定机构都在不断完善和进步。电动汽车普及的关键问题之一的充电体验（充电速度和效率）得到了很大的改善，当然充电体验还是影响着消费者选择充电站场。
直流充电桩可实现快速充电提升消费者充电体验的基础设施之一，近几年，超级快充概念被广泛谈论，也逐渐提上了全球充电标准的方向，同时直流充电桩的系统设计与纯电动汽车的电气匹配也存在紧密关系，要能保证电池受得了大电流的充电环境。当前国内市场，20kW 模块占据市场容量比例约为 60% 左右，其余容量大比例由 30kW 占据，及部分 40kW 模块。随着近年来电动汽车电 池容量的提升，充电倍率的提升，已经有明显的实际市场发展趋势，"20kW占较大份额"市场正在逐渐向"20kW，30kW，40kW "多元化规格发展。
随着电池技术的成熟，电动汽车充电速度越来越快，充电设施的建设在技术参数上需超前于现有汽车。当前主流充电桩功率为120kW，10分钟可增加续航123公里，但实际上电动汽车很多达不到这个充电功率。那就需要汽车企业的继续攻关瓶颈。作为充电设备企业需要思考的是电动汽车技术突破后充电的需求，那目前很多充电模块企业在设计上能考虑未来30KW模块平滑扩容到40kW模块（尺寸接口的统一），则整个系统至少支持未来3年内电动车型的升级（40kW替代30kW，系统容量提升33%）。
40KW充电模块要和30KW模块同尺寸，那就离不开设计的创新，高功率密度大于50W/in3（40kW）高功率密度带来了模块散热设计难度的提高，对可靠性要求更高，在电路设计，器件选型，风道设计，温度保护上的技术难度提升。那就需要更新的技术来满足，目前碳化硅产品的特性更耐高温，更高开关频率特性。
碳化硅二极管1200V20A在40K模块上已经成熟应用了，同时在V2G产品中碳化硅MOS 1200V40mΩ已经在大批量出货，那目前业界已经开始用到碳化硅MOS在40KW模块上，具有耐高压，耐高温散热性能佳等特点，同时效率也有提升从业界的96%提升到97%。SIC MOS在40KW模块上应用将加速。
（图1 40kW充电桩设计框图）
碳化硅MOS的主要优点是开关频率高、导通损耗低、效率更高且热管理系统更简单。硅MOS150℃时导通电阻上升为室温条件下的2倍以上，碳化硅MOS上升比较低，因为碳化硅MOS具有这些优势，因此能够在要求高功率密度的40KW的充电模块应用中优化性能。但是，由于高电压转换速率 (dv/dt) 和电流转换速率 (di/dt) 是 碳化硅MOS的固有特性，使其与硅MOS电路相比，这些电路对串扰、误导通、寄生谐振和电磁干扰 (EMI) 更为敏感。设计者在电路设计中需要更加注意：
1.PCB板寄生参数的影响，
2.高频带来的驱动电路功耗、速度、保护设计，
3.平衡开关频率带来的EMI问题
湖南三安发布最新1200V碳化硅MOSFET系列
近日，湖南三安发布了最新的1200V碳化硅MOSFET系列，包含1200V 80mΩ/20 mΩ/16mΩ，均来自湖南三安自主可靠的六寸全链整合平台。系列产品在比导通电阻特性，击穿电压特性和阈值电压稳定性上，测试显示出对比友商更为优越的结果，能有效提高电驱动系统的效率和可靠性，在后续导入客户的过程中具备显著的优势。
湖南三安--碳化硅全链整合超级工厂
湖南三安是全球第三家具备碳化硅全链整合能力的企业，提供衬底、外延、芯片、封装及模块等专业代工制造服务，具备成熟的大规模制造经验和质量管理能力，实现产能以及质量验证的全链管控能力。目前已实现月产能12,000片，达产后将实现年产能500,000片碳化硅6寸晶圆，极大程度上缓解行业的产能焦虑，助力低碳智能出行。
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