應(yīng)用指南 | 國(guó)產(chǎn)替代！鍇威特重磅推出充電樁SiC器件+電源管理芯片系統(tǒng)解決方案
發(fā)布日期：2025-07-09
一直以來，續(xù)航低、充電慢是困擾新能源車的難題，讓汽車充電變得像加油站加油一樣快是市場(chǎng)上的主流需求，為縮減充電時(shí)間和提升續(xù)航里程，近年來，提升汽車電池電壓平臺(tái)成為主要解決方案。從2019年第一款800V高壓架構(gòu)的車型的發(fā)布到現(xiàn)在，800V高壓平臺(tái)逐漸成為純電動(dòng)汽車標(biāo)配。
圖1：新能源汽車充電
圖2：超充樁未來預(yù)計(jì)需求數(shù)量圖
在充電設(shè)施方面，隨著新能源車的快速普及，充電樁的需求也逐年提高，如圖2所示。超級(jí)充電站作為新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，正逐步成為推動(dòng)綠色出行、促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵力量。目前單樁功率已逐步從前幾年的120kW以下向160-480kW及更大功率快充樁、超充堆方向發(fā)展。
充電模塊的體積主要受磁性元件體積，濾波電容數(shù)量以及散熱系統(tǒng)影響。減小磁性器件體積，減少濾波電容數(shù)量的有效措施是提升工作頻率以及采用磁集成技術(shù)。而傳統(tǒng)硅基IGBT，超結(jié)MOSFET等器件受本身開關(guān)特性影響，開關(guān)損耗高，難以提升開關(guān)頻率。
碳化硅（SiC）相比Si器件有如下優(yōu)勢(shì)：
禁帶寬度是硅（Si）的3倍，擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度是硅的10倍，可以應(yīng)用更高電壓場(chǎng)合。
飽和電子漂移率是硅的2倍，漂移層厚度比Si大幅降低（約為硅的1/10），可以實(shí)現(xiàn)更小寄生電容，更小導(dǎo)通電阻，相對(duì)硅基MOS有更小的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。
碳化硅高溫下漏電流更低，內(nèi)阻變化率大大小于硅器件，可在高溫度更穩(wěn)定工作。
SiC的熱導(dǎo)率是硅的3倍，散熱效率更高，允許器件在高頻開關(guān)下仍能保持較低結(jié)溫。
基于以上特性，在主流高功率，寬范圍輸出，高效率，高功率密度充電模塊產(chǎn)品上，碳化硅幾乎是必選項(xiàng)。通過SiC MOSFET替代IGBT和硅基器件,可在在電能變換模塊成本上升不大的情況下，效率由傳統(tǒng)的95%提升到97%以上，功率密度達(dá)到60W/in^3, 將大幅度降低充電及儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本。
圖3：大功率一體式直流充電樁
常見充電樁系統(tǒng)
?
常見的充電樁如下圖4所示，三相交流電通過AC-DC模塊整流成直流，再通過DC-DC充電模塊給電池包充電。常見的電池包有400V系統(tǒng)和800V系統(tǒng)。鍇威特在AC-DC，DC-DC模塊均可提供高可靠性SiC MOS和SiC 二極管功率器件，同時(shí)可配套提供隔離驅(qū)動(dòng)以及輔助電源全國(guó)產(chǎn)化解決方案。
圖4：充電模塊整體框圖
AC-DC模塊
01
Vienna（T-NPC） PFC碳化硅方案
AC-DC模塊中常用維也納PFC拓?fù)洌鐖D5所示。 其中整流管常用1200V/40A 系列SiC SBD，橫管用650V/30mΩ SiC MOSFET，峰值效率在800V母線可達(dá)98.56%，PF值達(dá)0.99。
圖5：Vienna PFC拓?fù)鋱D
方案特點(diǎn)
開關(guān)管的額定電壓為600V或650V。二極管額定電壓為1200V
三電平配置降低了總諧波失真（THD）和開關(guān)上的電壓應(yīng)力
易于控制，每相只需一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)即可驅(qū)動(dòng)背靠背開關(guān)，無直通風(fēng)險(xiǎn)
單相運(yùn)行
02
三相半橋PWM整流PFC碳化硅方案
該AC-DC方案整流管可直接采用1200V/28mΩ 系列SiC MOS，直接實(shí)現(xiàn)PWM整流功能。電路更簡(jiǎn)潔，缺點(diǎn)是需要用更多1200V的高壓SiC MOS管。
圖6：三相半橋PWM整流PFC拓?fù)鋱D
方案特點(diǎn)
無橋接導(dǎo)通損耗
電路簡(jiǎn)單，易于控制，元件少
兩電平，開關(guān)需要耐受全母線電壓和尖峰電壓
更適合使用寬禁帶器件
可通過高頻減小電感器尺寸
支持雙向轉(zhuǎn)換
DC-DC模塊
01
三相Y型交錯(cuò)LLC
為了實(shí)現(xiàn)較大功率，可用如圖7所示的三相LLC并聯(lián)方案，可并聯(lián)輸出也可多路輸出。LLC輸入半橋可采用1200V 25mΩ/10mΩ碳化硅MOSFET。
圖7：三相Y型交錯(cuò)LLC拓?fù)?/span>
方案特點(diǎn)
頻率調(diào)制， 諧振轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)以提高效率
初級(jí)側(cè)零電壓開關(guān)（ZVS） ， 次級(jí)側(cè)零電流開關(guān)（ZCS）
輸出串并聯(lián)以實(shí)現(xiàn)寬范圍恒功率輸出
三相Y型交錯(cuò)減小輸出紋波電流，減小輸出濾波電容體積
僅單向運(yùn)行
02
CLLC雙向諧振方案
CLLC本質(zhì)是將LLC的諧振腔做對(duì)稱處理， 在功率需要反向流動(dòng)時(shí)，也可以利用LLC的諧振原理實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。兩側(cè)推薦采用1200V 25mΩ/10mΩ碳化硅MOSFET。
圖8：三相交錯(cuò)CLLC拓?fù)?/span>
方案特點(diǎn)
在 LLC 的基礎(chǔ)上，整流側(cè)二極管替換為SiC MOS并增加電容器電感以實(shí)現(xiàn)雙向轉(zhuǎn)換，諧振電感可集成在變壓器中
全范圍軟開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)雙向高效率，峰值效率高于98%
三相Y型交錯(cuò)以減小輸出紋波電流，減小輸出濾波電容體積。
可應(yīng)用于OBC與充電樁
輔助電源（AUX）模塊
在充電樁輔助電源方面，鍇威特推出全國(guó)產(chǎn)化120W雙管反激輔助電源方案，如圖9所示。其中主功率管可采用900V平面MOSFET—CS4N90F，鉗位二極管可采用1200V SBD，副邊MOS可采用400V/0.13Ω平面MOSFET—CS26N40FP。反激控制器可采用鍇威特電源管理芯片CSV3521，啟動(dòng)電流不高于25uA；變壓器驅(qū)動(dòng)芯片可采用CSV5010，具備10A峰值驅(qū)動(dòng)電流能力；副邊可用鍇威特同步整流芯片CSV2812，漏極檢查點(diǎn)耐壓高達(dá)300V 。
圖9：雙管反激拓?fù)?/span>
方案特點(diǎn)
效率高，續(xù)流二極管將漏感能量回饋給電源
有效抑制關(guān)斷電壓尖峰
同步整流提升轉(zhuǎn)換效率
可降低充電模塊待機(jī)功耗
總結(jié)
針對(duì)充電樁行業(yè)應(yīng)用，鍇威特可提供豐富種類的SiC器件，SBD以及其他功率器件，并能提供電源管理芯片，驅(qū)動(dòng)IC等，以滿足充電樁中不同拓?fù)浼肮β始?jí)的應(yīng)用，可為客戶提供一站式的國(guó)產(chǎn)化解決方案。
鍇威特量產(chǎn)SiC MOSFET列表
鍇威特量產(chǎn)SiC SBD列表
鍇威特隔離驅(qū)動(dòng)芯片列表
鍇威特輔助電源管理芯片列表
*在研芯片
