電動汽車的成功在很大程度上取決于為電池充電時長。在電動汽車不斷發(fā)展中，充電時間逐漸縮短，人們也采用快速充電等先進解決方案，只需幾分鐘就能充電完成。直接連接到交流電源的車載充電系統(tǒng)，通常每次充電需要四個小時。相反，以直流電運行的快速充電系統(tǒng)可以將充電時間減少到30分鐘以內。在充電系統(tǒng)中，基于碳化硅的功率MOSFET發(fā)揮著重要作用。碳化硅是一種寬帶隙半導體，與硅相比，具有高效率和功率密度、高可靠性和耐用性等優(yōu)勢，可降低解決方案的成本和尺寸。

基于SiC的兩級AFE模塊

為了處理EV電池的寬電壓范圍和雙向充電/放電，Wolfspeed開發(fā)了22kW有源前端(AFE)和靈活的DC/DC轉換器，可適用于OBC充電系統(tǒng)和DC快速充電器。建議的解決方案基于RDS(on)=32mΩ的SiCMOSFET，以較低的成本提供非常高的功率密度(4.6kW/L)和效率(>98.5%)。

與其他標準拓撲不同，例如基于六開關IGBT的設計（一種簡單但效率低得多的功率密集型解決方案）和T型轉換器（一種更復雜且成本更高的解決方案），SiCAFE提供了一種簡單的控制和驅動程序接口，以較少的部件數(shù)支持雙向操作。C3M0032120K是一款采用開爾文源極封裝的1.2kV32mΩSiCMOSFET，有助于降低開關損耗和串擾，同時支持–3至15VVgs的驅動電壓。AFE設計已針對磁性元件的使用進行了優(yōu)化，可實現(xiàn)高開關頻率(45kHz)，同時磁芯和繞組的功率損耗更低。

AFE還能夠支持三相和單相PWM方案、平衡開關損耗并優(yōu)化熱性能、效率和可靠性的數(shù)字控制電路。此外，可變直流鏈路電壓控制通過根據(jù)感測到的電池電壓改變直流總線輸出電壓并確保CLLC接近諧振頻率運行，從而實現(xiàn)高系統(tǒng)效率。

與基于IGBT的傳統(tǒng)解決方案相比，SiCMOSFET的效率達到了98.5%，降低了高達38%的功率損耗。此外，碳化硅可實現(xiàn)更低的工作溫度，從而實現(xiàn)更好的熱管理。在最大功率條件(22kW)下，實測外殼溫度為89.4?C，結點溫度為112.4?C（計算值），基板溫度為65?C。

具有1.2kVSiCMOSFET的全橋CLLCDC/DC轉換器

另一個有趣的應用方案是全橋CLLCDC/DC轉換器，其中1.2-kVSiCMOSFET可用于單個兩電平高效轉換器方案，從而減少部件數(shù)量和系統(tǒng)成本.直流鏈路側(900V)的工作電流達到22.6ARMS，而電池側(800V)的工作電流高達28.5ARMS。

結合SiCAFE模塊，全橋DC/DC設計受益于AFE，根據(jù)檢測到的要充電的電池電壓提供的可變DC總線電壓。這使得CLLC能夠在接近諧振頻率的情況下運行，從而實現(xiàn)高系統(tǒng)效率。當電池電壓變低時，控制將切換到移相模式，降低電路增益，而不會在諧振頻率范圍之外低效運行。在較低的輸出電壓（略高于400V）下，CLLC初級作為半橋運行，進一步降低系統(tǒng)增益并將諧振轉換器保持在有效的工作區(qū)域。半橋模式在總功率范圍上有一些限制，但提供了98%的強大峰值效率，即使對于低壓電池也是如此。