與傳統內燃機汽車相比，電動汽車 (EV) 對環境的影響更小，運營成本更低，因此是電動汽車成功的基本因素。在等待電動汽車充電網絡達到類似于普通加油站的毛細血管時，電動汽車必須配備車載充電電路，以確保高效率和遠距離。電池充電首先需要將電源從交流電（可在配電網絡上獲得）轉換為直流電。用于執行這種能量轉換的電路拓撲非常標準，包括半橋和全橋整流電路以及經典的“圖騰柱”配置。

如何實現高效率

一個經典的 EV 充電器電路由一個電流整流級和一個 DC-DC 轉換器級組成。整流電路由具有非線性特性的二極管組成，功率因數較低，諧波成分較多。只有通過精心設計 PFC（功率因數校正）電路才能實現高效率。為了提高功率因數和減少諧波失真，普遍采用基于有源功率因數校正（APFC）的解決方案。APFC 對于有源開關電路至關重要，該電路在其輸入端接收整流電壓并將其升壓直至達到 DC 設定值，檢查線路電流是否保持所需的正弦波形。原則上，我們可以說在理想的 PFC 電路中，輸入電流“跟隨”輸入電壓，就像一個純電阻器一樣，不會在輸入電流中表現出諧波。在電動汽車充電器等大功率設備中，能夠處理幾千瓦的功率，有源 PFC 是使用升壓轉換器電路實現的。升壓轉換器（如圖 1 所示）使輸入電流在特定時間間隔內存儲在電感中。隨后，當開關 S 打開時，能量可以達到 C0 電容通過 D 二極管。電感就像一個與輸入電流串聯的電流源，因此輸出電壓總是高于輸入電壓：對于 220-240 V AC輸入，輸出超過 340 V（通常使用 380-400 V全世界）。此外，請注意 PFC 級如何始終跟隨一個 DC-DC 轉換器，該轉換器具有與輸入相關的輸出隔離。

圖 1：典型 PFC 升壓轉換器的框圖

寬帶隙器件

圖 1 的電路可以通過用 MOSFET 替換二極管來進一步改進，每個二極管都充當升壓開關和同步整流器。然而，高壓 MOSFET 通常具有較差的體二極管反向恢復特性，因此，迄今為止，無橋圖騰柱電路還不是很普遍。寬帶隙器件（例如碳化硅和氮化鎵）最近在市場上的可用性允許采用新電路來實現 EV 充電器。由于禁帶比硅基元件大兩到三倍，WBG 器件可以承受更高強度的電壓和電場（電子從阻斷區傳遞到傳導區需要兩到三倍的能量）。

因此，WBG（寬帶隙）器件的擊穿電壓要高得多，而導通電阻要低得多。在電動汽車充電器等大功率電子電路中，高擊穿電壓可簡化設計并提高效率。降低導通電阻值代表了高壓電路的另一個優勢，因為它可以減少開關和功率損耗，從而實現特別緊湊的占位面積。WBG 器件的另一個優點是它們能夠產生比在相同條件下運行的硅基器件更低的溫度。在用于高壓應用的電路中，碳化硅組件甚至可以承受高于 200 °C 的結溫，而硅組件可以承受高達 150 °C 左右的結溫。

ADI 公司提供多種小型隔離式柵極驅動器，專為功率開關技術（如 SiC 和 GaN）所需的更高開關速度和系統尺寸限制而設計。這些隔離式柵極驅動器基于 ADI 經過驗證的iCoupler隔離技術，并結合了高速 CMOS 和單片變壓器技術。該ADuM4122該器件是一款隔離式雙輸出驅動器，可在輸入和輸出區域之間提供 5 kV RMS 真正的電流隔離。在需要開關器件柵極快速上升時間的情況下需要柵極驅動器。如圖 2 所示，ADuM4122 通過使用由聚酰亞胺隔離層隔開的i Coupler 芯片級變壓器線圈跨隔離柵傳輸數據的高頻載波，實現了柵極驅動器控制側和輸出側之間的隔離。

圖 2：ADum4122 隔離功能的操作框圖

在高功率密度應用中，例如電動汽車 (EV) 的 DC-DC 轉換器，必須獲得高值 CMTI（共模瞬態抗擾度）。高 CMTI 值允許在高開關頻率應用中使用柵極驅動器。ADI 公司的小尺寸柵極驅動器設計用于承受寬帶隙元件（如 SiC 和 GaN）所需的高開關頻率和嚴格的時間限制。EVAL-ADuM4122EBZ 評估板（如圖 3 所示）支持具有壓擺率控制的 ADuM4122 隔離式柵極驅動器。評估板提供跳線和螺釘端子以配置不同的驅動條件，接受 V IN+?和 SRC 引腳上的方波和直流值。SRC 引腳控制 V OUT_SRC引腳設置為高阻態或遵循 VIN+ 上用戶提供的脈寬調制 (PWM) 輸入的邏輯。當外部串聯柵極電阻結合來自 V OUT和 V OUT_SRC引腳的輸出時，一個隔離式柵極驅動器就能夠擁有兩個易于選擇的壓擺率。EVAL-ADuM4122EBZ 板測試器件的傳播延遲、驅動強度、壓擺率選擇和輸入邏輯。

無線充電

無線電動汽車 (EV) 充電使用電感器（通常放置在瀝青下方）和車載接收器。充電通過磁性板自動進行，磁性板不斷為電池充電，無論車輛靜止還是行駛。

在無線電力傳輸領域，工程師需要具有高功率和高效率基于 GaN 的解決方案的解決方案。GaN Systems 廣泛的晶體管產品組合提供高功率無線充電解決方案，為多種要求嚴苛的應用設計更小、更便宜、更高效的電源系統。

審核編輯：劉清