隨著800V高壓快充車型的密集上市,充電基礎設施也迎來了新一輪的技術升級。為了縮短充電時間,充電樁正在向大功率、高電壓、高功率密度的方向演進。
然而,很多電源工程師在設計15kW-40kW的充電樁電源模塊(特別是PFC電路和DCDC級)時,往往會遇到一個共同的“攔路虎”——反向恢復導致的開關損耗和溫升問題。
在傳統設計中,使用Si-FRD(快恢復二極管)作為續流二極管,由于其存在反向恢復電流trrtrr?,不僅會導致器件發熱嚴重,還會增加MOS管的開關應力,限制開關頻率的提升。
為了解決這一痛點,第三代半導體SiC(碳化硅)器件的應用成為必然趨勢。今天,我們就來聊聊至信微SiC SBD(肖特基勢壘二極管)在充電樁電源模塊中的具體應用優勢。
一、SiC SBD為何成為充電樁模塊的“標配”?
在拓撲結構上,無論是維也納PFC還是移相全橋/LLC DCDC,二極管的反向恢復特性直接影響整機效率。
SiC SBD(肖特基二極管)屬于多數載流子器件,其最大的特性是零反向恢復恢復(Qrr≈0Qrr?≈0)。這意味著:
極低的開關損耗:相較于Si-FRD,可降低80%以上的關斷損耗,模塊散熱壓力更小。
更高的開關頻率:頻率提升了,磁性元件(變壓器、電感)的體積就能縮小,從而實現更高的功率密度。
高耐壓與高溫穩定性:SiC材料本身的寬禁帶特性,使其在1200V高壓下仍能保持極低的漏電流,且工作結溫可達175℃甚至更高,非常適應充電樁戶外惡劣的高溫環境。
二、實戰應用:單向充電樁模塊的選型方案
目前市面上主流的15kW-20kW單向充電模塊,前級PFC(功率因數校正)部分通常采用1200V耐壓的二極管。我們以至信微的典型產品為例,看看具體的選型落地:
在15kW充電模塊的PFC電路中,電流應力較大,通常需要采用多顆二極管并聯的方案。至信微的 SDC20120T2AA 是一個非常經典的選項。
型號:SDC20120T2AA
規格:1200V / 20A
封裝:TO-247-2
應用優勢:該器件采用TO-247-2封裝,便于直接替換傳統Si
FRD。其極低的正向導壓降(VFVF?)和穩定的高溫特性,能有效降低PFC級的導通損耗,提升整個模塊的PF值。
對于功率段更高的30kW-40kW模塊,或者追求極致效率的設計,工程師往往會傾向于減少并聯顆數以簡化布板。這時,單管電流更大的SDC50120T2AS則更具吸引力。
型號:SDC50120T2AS
規格:1200V / 50A
封裝:TO-247-3
應用優勢:50A的大電流能力,使其在高壓大功率輸出級(如DCDC整流)表現優異。在同樣的功率下,使用50A器件比并聯兩顆25A器件具有更好的電流均衡性,且能大幅縮減PCB面積,助力模塊向高功率密度演進。
三、工程師關心的:可靠性考量
在實際測試中,至信微的SiC SBD表現出了幾個值得關注的特性:
抗浪涌能力強:充電樁在啟動或電網波動時,會遭遇瞬間大電流沖擊。至信微的SBD擁有較高的浪涌電流耐受能力,確保模塊在惡劣電網環境下不失效。
雪崩耐量:在感性負載開關過程中,不可避免會產生過壓尖峰。良好的雪崩耐量為模塊提供了一定的安全緩沖區間。
作為至信微電子的合作代理商,浮思特科技長期關注新能源汽車、電源模塊以及工業電源領域的功率器件應用,并持續為客戶提供包括SiC器件在內的解決方案支持。依托至信微在碳化硅功率器件方面的技術積累,我們能夠為充電樁、電源模塊及新能源應用提供穩定可靠的器件選擇,并在選型與應用階段為客戶提供相應的技術支持。
隨著充電基礎設施持續升級,高效率、高可靠性的電源模塊將成為行業發展重點。以SiC SBD為代表的寬禁帶功率器件,也將在未來充電樁電源設計中扮演越來越重要的角色。
從系統效率、功率密度到可靠性要求的不斷提升,充電樁電源模塊正加速向SiC器件演進。SiC SBD憑借低損耗、高耐壓以及高溫穩定等優勢,為高功率充電設備提供了更加理想的解決方案。
未來,隨著碳化硅技術的不斷成熟,像至信微SiC SBD這樣的高性能器件將在新能源汽車充電基礎設施中發揮更重要的作用,也將進一步推動充電設備向更高效率、更高功率密度和更高可靠性發展。
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